tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật 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

-1ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ****** BÁO CÁO TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐỀ TÀI: 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 Học Viên: Nguyễn Thị Thu Hằng Lớp: CHK11 CTM Chuyên ngành: Công nghệ Chế tạo máy HDKH: PGS.TS Nguyễn Văn Tuấn THÁI NGUYÊN – 2010 -2ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ****** BÁO CÁO TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐỀ TÀI: 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 Học Viên: Nguyễn Thị Thu Hằng Lớp: CHK11 CTM Chuyên ngành: Công nghệ Chế tạo máy HDKH: PGS.TS Nguyễn Văn Tuấn HƯỚNG DẪN KHOA HỌC HỌC VIÊN PGS.TS Nguyễn Văn Tuấn Nguyễn Thị Thu Hằng THÁI NGUYÊN – 2010 -11 Tính cấp thiết của đề tài Môi trường hai pha lỏng – khí thường tồn tại ở dạng hỗn hợp chất lỏng chứa bọt khí hòa tan ngưng tụ hoặc không hòa tan không ngưng tụ Hỗn hợp dạng này có tính chất đặc biệt, đó là có sự kết hợp của các tính chất phi tuyến vật lý mạnh, phân tán và hao tán năng lượng, nên biểu đồ mô tả các sóng có thể có nhiều dạng Do hỗn hợp có tính chất đặc biệt như trên, đồng thời hỗn hợp lại xuất hiện rất nhiều trong các lĩnh vực công nghiệp năng lượng, công nghệ hoá học, và các quá trình tự nhiên cho nên, sự hiểu biết về các hiện tượng và những hiệu ứng bất thường có thể xuất hiện khi sóng áp suất lan truyền qua chất lỏng chứa bọt hơi như quá trao đổi nhiệt và khối lượng giữa các pha là rất cần thiết Từ đó để giải quyết hàng loạt các bài toán thực tế, như để phân tích các chế độ làm việc quá độ của các thiết bị năng lượng, phân tích tình huống hư hỏng và đảm bảo an toàn khi khai thác của các nhà máy điện nguyên tử, phân tích các hiện tượng xâm thực trong các máy tuốc bin 2 Ý nghĩa của đề tài Kết quả của luận văn có thể được sử dụng để để giảng dạy và kiểm định các thí nghiệm tại các trung tâm thí nghiệm cao của trường của các bộ môn hoặc các phòng thí nghiệm khác về các vấn đề liên quan tới thủy - khí động lực học dòng chảy và động lực học môi trường nhiều pha -2Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 THỰC TRẠNG CỦA VẤN ĐỀ Môi trường hai pha lỏng- khí thường tồn tại ở dạng hỗn hợp chất lỏng chứa bọt khí hoà tan ngưng tụ hoặc không hoà tan không ngưng tụ Hỗn hợp dạng này có tính chất đặc biệt, đó là sự kết hợp của các tính chất phi tuyến vật lý mạnh, phân tán và hao tán năng lượng, Do hỗn hợp có tính chất đặc biệt như trên, đồng thời hỗn hợp lại xuất hiện nhiều trong các lĩnh vực công nghiệp… cho nên sự hiểu biết về các hiện tượng và những hiệu ứng bất thường có thể xuất hiện khi sóng áp suất lan truyền qua chất lỏng chứa bọt hơi như quá trình tương tác pha, quá trình trao đổi nhiệt và khối lượng giữa các pha là rất cần thiết để giải quyết một loạt các bài toán thực tế như để phân tích chế độ làm việc quá độ của các thiết bị năng lượng, trong các hệ thống truyền dẫn thuỷ lực… Dẫn đến sự cấp thiết của việc nghiên cứu thuỷ động lực học về các quá trính sóng trong môi trường có bọt, 1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC Trong công trình [18], các tác giả đã quan tâm , nghiên cứu tới quá trình trao đổi nhiệt và khối lượng giữa các pha khi có sóng xung kích lan truyền trong hỗn hợp và trường hợp phản xạ của sóng bởi tường cứng Đã chỉ ra được sụ ảnh hưởng của nó lên các quá trình lan truyền của sóng trong hỗn hợp hai pha -3CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 HỆ PHƯƠNG TRÌNH THUỶ- NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC CHO MÔI TRƯỜNG HAI PHA LỎNG- HƠI 2.1.1 Xây dựng mô hình Ở trong khuôn khổ luận văn này sử dụng hai mô hình để nghiên cúu : • Mô hình sóng xung kích lan truyền trong hỗn hợp chứa trong ống không có van đóng p • Mô hình tồn tai hai sóng xung kích tác động vào hỗn hợp, lan truyền trong hỗn hợp, tương tác nhau và lan truyền ngược nhau ra p p Nghiên cứu, phân tích và đánh giá quá trình trao đổi nhiệt và khối lượng giữa các pha trong các quá trình lan truyền và quá trình tương tác sóng trong hai mô hình trên 2.1.2 Hệ phương trình cơ sở Giải số hệ phương trình thủy – nhiệt động lực học trên với các điều kiện đầu và điều kiện biên sau: -4Mô hình 1: Xét trường hợp lan truyền của sóng xung kích: t = 0 : p1 = p 0 ; p 2 = p 0 + v = 0 ; w1σ = w2σ = 0 ; ξ = 0: R = R0 ; T1 = T2 = T0 ; ρ = ρ0 p = p b (t ) ξ = ∞: 2σ ; R p = p0 Mô hình 2: Quá trình tương tác của sóng: t = 0 : p1 = p 0 ; p 2 = p 0 + v = 0 ; w1σ = w2σ = 0 ; ξ = 0: ξ = ∞: 2σ ; R R = R0 ; T1 = T2 = T0 ; ρ = ρ0 p = pb (t ); p = pl (t ) trong đó pb ( t ) và p L ( t ) là các xung tam giác có thể biểu diễn như sau  p 0 (1 + b1t )  pb ( t ) =  p 0 (1 + b1t1 ) − b2 ( t − t 2 ) p  0 t < t1 ; t1 ≤ t ≤ t 2 ; t2 < t -5 p 0 (1 + b3 t )  p L ( t ) =  p 0 (1 + b3 t 3 ) − b4 ( t − t 4 ) p  0 t < t3 ; t3 ≤ t ≤ t4 ; t4 < t trong đó t1, t2, t3, t4 được xác định bằng độ dài của xung áp suất ban đầu; các hệ số không âm b1, b2, b3, b4 là cường độ của các xung áp suất CHƯƠNG III: MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘNG LỰC HỌC SÓNG LÊN QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI NHIỆT VÀ KHỐI LƯỢNG -6GIỮA CÁC PHA TRONG HỖN HỢP 3.1 QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI NHIỆT VÀ KHỐI LƯỢNG GIỮA CÁC PHA KHI CÓ SÓNG XUNG KÍCH LAN TRUYỀN TRONG HỖN HỢP 3.1.1 QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI NHIỆT GIỮA CÁC PHA TRONG MỘT SỐ HỖN HỢP LỎNG- HƠI 3.1.1.1 Quá trình trao đổi nhiệt giữa các pha trong hỗn hợp dầu thô chứa bọt hơi + Sự phụ thuộc vào cường độ ban đầu của sóng xung kích 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 ∆ pmax =2 -7- 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 ∆ pmax = 2.5 + Sự phụ thuộc vào bán kính bọt 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 R0 = 0.001m -8- 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 R0 = 0.0012m + Sự phụ thuộc vào thể tích pha hơi 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 α 20 = 5% -10- Hình 3.14: Sự giảm nhiệt độ xung quanh bọt khi xung áp suất lan truyền trong các hỗn hợp lỏng- hơi của nước, dầu thô, freon 21 và nitơ lỏng ứng với các đường cong 3.1.1.3 Nhận xét 3.1.2 QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI KHỐI LƯỢNG GIỮA CÁC PHA KHI CÓ SÓNG XUNG KÍCH LAN TRUYỀN TRONG HỖN HỢP 3.1.2.1 Quá trình trao đổi khối lượng giữa các pha trong hỗn hợp dầu thô chứa bọt hơi + Sự phụ thuộc vào cường độ ban đầu của sóng xung kích Hình 3 15: Quá trình trao đổi khối luợng giữa các pha khi cường độ của xung ∆ pmax = 2 -11- Hình 3 16: Quá trình trao đổi khối luợng giữa các pha trong khi cường độ của xung ∆ pmax = 2.5 +Sự phụ thuộc vào bán kính bọt Hình 3 17: Quá trình trao đổi khối luợng giữa các pha khi R0 = 0.0012m -12- Hình 3 19: Quá trình trao đổi khối luợng giữa các pha khi R0 = 0.0015m + Sự phụ thuộc vào thể tích pha hơi Hình 3 21: Quá trình trao đổi khối luợng giữa các pha khi α 20 = 5% -13- Hình 3 22: Quá trình trao đổi khối luợng giữa các pha khi α 20 = 7% 3.1.2.2 Quá trình trao đổi khối lượng giữa các pha trong hỗn hợp Freon 21 chứa bọt hơi 3.1.2.3 Nhận xét + Sự phụ thuộc vào bán kính bọt Hình 3.36: Quá trình truyền nhiệt xung quanh bọt từ pha hơi sang pha lỏng khi ∆ pmax = 1.5, R0 = 0.0012m +Sự phụ thuộc vào thể tích pha hơi -14- Hình 3.37: Quá trình truyền nhiệt xung quanh bọt từ pha hơi sang pha lỏng khi ∆ pmax = 1.5, R0 = 0.001m, α 20 = 0.3% 3.2.1.2 Quá trình trao đổi nhiệt giữa các pha trong hỗn hợp Freon 21 chứa bọt hơi + Sự phụ thuộc vào cường độ ban đầu của sóng xung kích + Sự phụ thuộc vào bán kính bọt +Sự phụ thuộc vào thể tích pha hơi 3.2.1.3 Nhận xét 3.2.1.2 Quá trình trao đổi nhiệt giữa các pha trong hỗn hợp Freon 21 chứa bọt hơi +Sự phụ thuộc vào cường độ ban đầu của sóng xung kích + Sự phụ thuộc vào bán kính bọt +Sự phụ thuộc vào thể tích pha hơi 3.2.1.3 Nhận xét -153.2.2 QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI KHỐI LƯỢNG GIỮA CÁC PHA TRONG MỘT SỐ HỖN HỢP LỎNG-HƠI 3.2.2.1 Quá trình trao đổi khối lượng giữa các pha trong hỗn hợp dầu thô chứa bọt hơi + Sự phụ thuộc vào cường độ ban đầu của sóng xung kích + Sự phụ thuộc vào bán kính bọt +Sự phụ thuộc vào thể tích pha hơi 3.2.2.2 Quá trình trao đổi khối lượng 8giữa các pha trong hỗn hợp Freon 21 chứa bọt hơi +Sự phụ thuộc vào cường độ ban đầu của sóng xung kích + Sự phụ thuộc vào bán kính bọt +Sự phụ thuộc vào thể tích pha hơi 3.2.1.3 Nhận xét 3.2.2 QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI KHỐI LƯỢNG GIỮA CÁC PHA TRONG MỘT SỐ HỖN HỢP LỎNG-HƠI 3.2.2.1 Quá trình trao đổi khối lượng giữa các pha trong hỗn hợp dầu thô chứa bọt hơi +Sự phụ thuộc vào cường độ ban đầu của sóng xung kích -16- Hình 3.44: Quá trình trao đổi khối lượng giữa các pha khi khi có tương giác giữa sóng ngắn và sóng ngắn trong hỗn hợp dầu thô ∆ pmax = 1.5, R0 = 0.001m, α 20 = 0.5% Hình 3.45: Quá trình trao đổi khối lượng giữa các pha khi khi có tương tác giữa sóng ngắn và sóng ngắn trong hỗn hợp dầu thô ∆ pmax = 2, R0 = 0.001m, α 20 = 0.5% +Sự phụ thuộc vào bán kính bọt -17- Hình 3.46: Quá trình trao đổi khối lượng giữa các pha khi khi có tương giác giữa sóng ngắn và sóng ngắn trong hỗn hợp dầu thô R0 = 0.0012m, ∆ pmax = 1.5, α 20 = 0.5% +Sự phụ thuộc vào thể tích pha hơi Hình 3.47: Quá trình trao đổi khối lượng giữa các pha khi khi có tương giác giữa sóng ngắn và sóng ngắn trong hỗn hợp dầu thô khi ∆ pmax = 1.5,R0 = 0.001m, α 20 = 0.7% -183.2.2.2 Quá trình trao đổi khối lượng giữa các pha trong hỗn hợp Freon 21 chứa bọt hơi +Sự phụ thuộc và cường độ sóng xung kích +Sự phụ thuộc vào bán kính bọt +Sự phụ thuộc vào thể tích pha hơi 3.2.2.3 Nhận xét: CHƯƠNG IV KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 4.1 KẾT LUẬN Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu về quá trình trao đổi nhiệt và khối lượng giữa các pha trong các quá trình truyền sóng trong một số hỗn hợp chất lỏng chứa bọt như: hỗn hợp của nước chứa bọt hơi, dầu thô chứa bọt hơi, nitơ lỏng chứa bọt hơi và freon 21 chứa bọt hơicó thể đưa ra một số kết luận sau: 4.1.1 Quá trình trao đổi nhiệt và khối lượng giữa các pha khi có sóng xung kích lan truyền trong hỗn hợp - Trường nhiệt độ của các lớp lỏng xung quanh bọt giảm khi khoảng cách từ các lớp chất lỏng tới tâm của bọt tăng - Quá trình trao đổi nhiệt và khối lượng giữa các pha trong hỗn hợp phụ thuộc và tính chất vật lý nhiệt -19của hỗn hợp Đồng thời quá trình này giảm dần theo chiều dài của ống - Quá trình trao đổi nhiệt và khối lượng giữa các pha trong hỗn hợp phụ thuộc mạnh vào cường độ ban đầu của sóng xung kích và vào nồng độ thể tích pha hơi còn phụ thuộc yếu vào bán kính bọt - Khi sóng xung kích lan truyền trong hỗn hợp lỏng – hơi thì cường độ của sóng bị giảm nên sự co nén của bọt bị giảm dẫn đến sự trao đổi nhiệt và khối lượng giữa các pha giảm Từ các kết quả phân tích cho thấy quá trình trao đổi nhiệt và khối lượng giữa các pha của nước mạnh hơn của dầu thô, mạnh hơn Freon21và mạnh hơn nhiều so với hỗn hợp của Nitơ lỏng 4.1.2 Quá trình trao đổi nhiệt và khối lượng giữa các pha khi có tương tác giữa các sóng trong một số hỗn hợp lỏng- hơi Ngoài các kết luận đã được trình bày trong quá trình lan truyền của sóng xung kích trong hỗn hợp, thì trong quá trình tương tác sóng vấn đề trao đổi nhiệt và khối lượng giữa các pha có thể kết luận như sau: - Quá trình trao đổi nhiệt và khối lượng giữa các pha trong các hỗn hợp lỏng- hơi của nước, dầu thô, Freon 21 và nitơ lỏng tăng mạnh tại vùng xảy ra tương tác sóng - Quá trình trao đổi nhiệt và khối lượng giữa các pha trong quá trình tương tác sóng phụ thuộc mạnh vào -20cường độ ban đầu của sóng xung kích và nồng độ thể tích pha hơi còn phụ thuộc yếu vào bán kính bọt - Quá trình trao đổi nhiệt và khối lượng giữa các pha trong quá trình tương tác sóng phụ thuộc mạnh vào tính chất vật lý của hỗn hợp Quá trình trao đổi nhiệt và khối lượng giữa các pha trong hỗn hợp lỏng hơi của nước mạnh hơn của dầu thô, mạnh hơn của Freon 21 và mạnh hơn nhiều áo với hỗn hợp của Nitơ lỏng 4.2 KIẾN NGHỊ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Phân tích chế độ làm việc quá độ của các trạm năng lượng, phân tích những điều kiện hư hỏng và đảm bảo sự an toàn khi khai thác của các nhà máy điện nguyên tử, sử dụng buồng bọt trong khảo sát các hạt cơ bản, phân tích hiện tượng xâm thực trong các máy tuôcbin, sử dụng để khai thác dầu mỏ, vận chuyển và chế biến dầu khí… Đó cũng là những vấn đề có thể nghiên cứu tiếp theo theo hướng luận văn này -21- TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 1 Kôsin N.E., Kiben I.A., Rôze N.V (1975), Cơ học chất lỏng lý thuyết, NXB KH & KT, tập 1,2,3, Hà Nội 2 LanĐau L.D & Lifsitx E.M (2001), Thuỷ động lực học, NXB KH & KT, Hà Nội 3 Xê Đôp L.I (1977), Cơ học môi trường liên tục, NXBĐH & THCN, Hà Nội 4 Dương Ngọc Hải (1987), “Sóng xung kích trong hỗn hợp dị thể lỏng với chất khí hoặc hơi”, Tạp chí Cơ học, 9(4), pp 3-8 5 Dương Ngọc Hải (1989), “ảnh hưởng của trao đổi nhiệt - chất lên động lực học sóng của môi trường hai pha”, Tạp chí Cơ học, 11(3), pp 28- -2232 6 Dương Ngọc Hải (2001), “Năng lượng nguyên tử - an toàn hạt nhân và một số vấn đề nhiệt thuỷ học”, Tuyển tập hội nghị khoa học toàn quốc về Cơ học kỹ thuật, HàNội, pp 68 - 74 7 Dương Ngọc Hải, Nguyễn Văn Tuấn (2002), “Hiện tượng sóng va trong hỗn hợp lỏng - hơi”, Tuyển tập công trình hội nghị Cơ học toàn quốc lần thứ 7, Hà Nội, pp 177 - 184 8 Dương Ngọc Hải, Nguyễn Văn Tuấn (2002), “Sóng phản xạ bởi tường cứng và tương tác sóng trong một số hỗn hợp lỏng - hơi”, Tuyển tập Công trình Hội nghị Cơ học toàn quốc lần thứ 7, Hà Nội, pp 165 - 176 9 Nguyễn Văn Tuấn, Dương Ngọc Hải (2006) “ Quá trình lan truyền và tương tác của các sóng ngắn trong một số hỗn hợp lỏng-hơi” , Tuyển tập công trình Hội nghị Cơ học Thủy khí Toàn quốc, Vũng tàu , 26-28/7/2006 pp.515-526 Tiếng Anh 10 Duong Ngoc Hai and Nguyen Van Tuan (2002), “Waves reflected by solid wall in the mixture of liquid with vapour bubbles”, J Mechanics Vol 24, No 3, pp 167-180 11 Duong Ngoc Hai, Nguyen Van Tuan (1999) , “Shock Waves in some Mixture of Liquid and Gas of two Components”, Trainning-scientific -23workshop French-Vietnamese, Ha Noi, pp 79 – 86 12 Elperin T and Fominykh A (1995), “Heat and Mass Transfer During Gas Hydrate Formation in Gas-Liquid Slug Flow”, Pro of the 2nd Int Conf on Multiphase Flow’95-Kyoto, Kyoto, Japan, pp IF2_15-IF2_22 13 Fujii T and Akagawa k (1995), “Water hammers phenomena in one-component twophase bubbly flow”, Proc of the Int Conf on Multiphase Flow’ 95, Kyoto, Japan, pp 1 - 22 14 Gasenko V.G (1977), “The Structure of Stasionary Shock Waves in Gas-Liquid Mixture with Thermal Relaxation”, in: Thermophysical Investigation, Institute of Thermophysics SD Academy of Sciences of the USSR, Novosibirsk, pp.42-46 15 Gubaidulin A.A., Beregova O.Sh and Bekishev S.A (1998), “Features of NonStationary Shock Waves Propagation in NonNewtonian Liquid with Gas Bubbles”, Pro of Int Conf on Multiphase Flow, ICMF’98, Lyon, France, from CD - ICMF, Sesion 3.2, Unit 249 16 Kubie J (2000), “Velocity of lony Bubbles in Horizontally Oscillating Vertical Piper”, Int J Multiphase Flow Vol 26, pp 339-349 17 Kwidzinki R., Karda D and Pribaturin N.A -24(1998), “Experimental investigation of structure of stationary shock wave and its interaction with transient impulse of pressure in two-phase flow”, Proc of Int Conf on Multiphase Flow ICMF’ 98, Lyon, France, from CD - ICMF, Sesion 3.2, Unit 353 18 Duong Ngọc Hai and Nguyen Van Tuan, (2008), “Interphase Heat-Mass Transfer in Bubbly Liquid and its Influence on Wave Propagation Processes”, Proceedings of the 2nd International Forum on Heat Transfer, ... HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ****** BÁO CÁO TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VỀ TRAO ĐỔI NHIỆT VÀ KHỐI LƯỢNG GIỮA CÁC PHA TRONG CÁC Q TRÌNH TRUYỀN SĨNG TRONG MỘT SỐ HỖN HỢP CHẤT LỎNG CHỨA... HỢP 3.1 QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI NHIỆT VÀ KHỐI LƯỢNG GIỮA CÁC PHA KHI CĨ SĨNG XUNG KÍCH LAN TRUYỀN TRONG HỖN HỢP 3.1.1 QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI NHIỆT GIỮA CÁC PHA TRONG MỘT SỐ HỖN HỢP LỎNG- HƠI 3.1.1.1 Quá. .. kết nghiên cứu trình trao đổi nhiệt khối lượng pha q trình truyền sóng số hỗn hợp chất lỏng chứa bọt như: hỗn hợp nước chứa bọt hơi, dầu thô chứa bọt hơi, nitơ lỏng chứa bọt freon 21 chứa bọt