NGHIÊN cứu THỰC NGHIỆM cải TIẾN hệ THỐNG làm mát XE máy NOUVO LX BẰNG bộ tản NHIỆT KÊNH MINI

Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CẢI TIẾN HỆ THỐNG LÀM MÁT XE MÁY NOUVO LX BẰNG BỘ TẢN NHIỆT KÊNH MINI EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF INNOVATIVE COOLING SYSTEM FOR NOUVO LX SCOOTER USING MINICHANNEL RADIATOR Nguyễn Đình Trung1a, Nguyễn Văn Trạng2b, Đặng Thành Trung2c Trường Cao Đẳng Nghề Số 22 Dĩ An – Bình Dương Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM a b dinhtrung1503@gmail.com; trangnv@hcmute.edu.vn; ctrungdang@hcmute.edu.vn TÓM TẮT Bài báo trình bày kết nghiên cứu bước đầu cải tiến hệ thống làm mát xe tay ga Nouvo LX sử dụng trao đổi nhiệt kênh mini Két làm mát cải tiến có kích thước nhỏ gọn khoảng 35%, công nghệ chế tạo đơn giản giảm giá thành khoảng 50% so với hệ thống ban đầu Thí nghiệm tiến hành ba trường hợp để xác định thay đổi hiệu truyền nhiệt công suất động với điều kiện làm việc thay đổi Kết thực nghiệm cho thấy hiệu làm mát tản nhiệt kênh mini cao so với két ban đầu Thêm vào đó, công suất động gia tăng dùng két nước kênh mini kết hợp tháo rời quạt gió dẫn động từ trục khuỷu động Kết đạt cho thấy điều với nghiên cứu liên quan công bố trước Nghiên cứu thể tính khả thi tản nhiệt kênh mini thay cho tản nhiệt ban đầu xe Từ khóa: xe tay ga, hệ thống làm mát, truyền nhiệt, két làm mát kênh mimi, trao đổi nhiệt ABSTRACT This paper presents the results of initial research on innovative cooling system of a Nouvo LX scooter using minichannel heat exchanger The minichannel radiator is reduced the size by 35%, made it easier to manufacture, and cut down the cost of its approximately 50% compared to the original cooling system Three cases are carried out to determine the change of heat transfer efficiency and power output with variation of operating conditions The experimental results show that the heat transfer efficiency obtained from the minichannel heat exchanger higher than or equal to that obtained from the original radiator In addition, the engine power can be increased by using minichannel radiator together with removing the air fan that driven from crankshaft engine The obtained results are in good agreement with published relevant studies The study also illustrated the feasibility of the minichannel radiater that can be replaced for the conventional scooter radiator Keywords: scooter, cooling system, heat transfer, minichannel radiator, heat exchanger GIỚI THIỆU Ở Việt Nam, xe gắn máy phương tiện giao thông cá nhân chủ yếu Theo thống kê Bộ Giao thông Vận tải, toàn quốc có khoảng 40 triệu xe máy [1] đăng ký chưa đăng ký lưu hành Phương tiện giao thông đáp ứng đến 90% nhu cầu lại người dân Tuy nhiên, đa phần người sử dụng không phân biệt khác hệ thống làm mát xe máy nên bỏ qua việc theo dõi nhiệt độ động xe có mùi khét lạ xuất [2], máy ỳ người sử dụng đem xe bảo dưỡng Đa phần xe số công suất nhỏ với ưu điểm kết cấu thoáng, động trang bị hệ thống làm mát không khí Khi chạy đường, xe tạo nên vận tốc không khí thay đổi băng qua động tuỳ vào tốc độ di chuyển Tuy nhiên, lượng xe tay ga ngày 474 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV ưa chuộng nhờ kiểu dáng đẹp, hệ thống truyền động vô cấp cho phép người sử dụng sang số cần thay đổi tốc độ Do coi trọng yếu tố thẩm mỹ kiểu dáng nên phần thân động bị che chắn, điều làm hạn chế tốc độ không khí lưu thông dù xe chuyển động với vận tốc cao Hệ thống làm mát loại xe có hai dạng: làm mát không khí kết hợp dùng quạt gió dẫn động từ trục khuỷu để tạo dòng không khí cưỡng băng qua động làm mát chất lỏng kết hợp quạt gió cưỡng để giải nhiệt cho két làm mát Hệ thống làm mát dung dịch có ưu điểm giúp động làm việc hiệu hơn, êm dịu Tuy nhiên, hệ thống tiêu hao nhiều công suất động phải dẫn động bơm nước quạt gió cưỡng lúc Két làm mát chế tạo theo công nghệ riêng nhà sản suất phức tạp, kích thước lớn giá thành cao Với phát triển nhanh chóng công nghệ truyền nhiệt mini/micro 10 năm gần giúp giải nhiệt hiệu cho chi tiết nằm không gian hẹp có mật độ dòng nhiệt cao Dang [3] nghiên cứu đặc tính truyền nhiệt dòng chảy lưu chất cho trao đổi nhiệt micro có kênh hình chữ nhật cho mô số học lẫn thực nghiệm Wei [4] chế tạo tản nhiệt ghép sử dụng công nghệ gia công micro dùng giải nhiệt cho linh kiện điện tử Dang Teng [5-8] nghiên cứu ảnh hưởng hình học (như bề dày, tiết diện cắt vị trí dòng chảy vào/ra) đến trạng thái truyền nhiệt dòng chảy lưu chất trao đổi nhiệt Dựa kết mô số, Dang [9] nhóm nghiên cứu chế tạo thành công tản nhiệt kênh mini dùng cho xe máy Kết mô số kiểm chứng điều kiện phòng thí nghiệm thực cho hai mẫu điều kiện thu đặc tính truyền nhiệt Kế thừa kết công bố, báo trình bày kết nghiên cứu thực nghiệm xe Nouvo LX để đánh giá tính hiệu tính khả thi triển khai sử dụng cho xe máy tay ga Kết thực nghiệm cho thấy hiệu làm mát tản nhiệt kênh mini, với kích thước nhỏ gọn, công nghệ chế tạo đơn giản nên giảm giá thành khoảng 50% so với két làm mát xe Do khả dẫn nhiệt tốt nên tháo rời quạt gió cưỡng dẫn động từ trục khuỷu động thay quạt điện công suất nhỏ (khoảng W) sử dụng nguồn điện accu 12 volt điều khiển công tắc nhiệt thời gian Khi nhiệt độ tăng cao công tắc đóng, quạt điện quay để tăng lưu lượng vận tốc không khí giúp tăng hiệu làm mát cho tản nhiệt kênh mini Với giải pháp kỹ thuật nêu, tản nhiệt kênh mini đảm bảo tính làm mát đồng thời giúp tăng công suất động Kết bước đầu nghiên cứu thực nghiệm thể hiệu tính khả thi tản nhiệt kênh mini thay két làm mát ban đầu xe tay ga CƠ SỞ LÝ THUYẾT Đặc tính truyền nhiệt hiệu giải pháp cải tiến hệ thống làm mát xe Nouvo LX xác định dựa vào phương trình cân nhiệt từ động truyền cho hệ thống làm mát (công thức thực nghiệm) phương trình truyền nhiệt từ két làm mát môi trường không khí xung quanh Quá trình tính toán trình kiểm nghiệm lại thông số lựa chọn để đảm bảo điều kiện: nhiệt độ không khí môi trường xung quanh khoảng 41oC, nhiệt độ môi chất vào khỏi động khoảng 88oC – 98oC 2.1 Xác định lượng nhiệt từ động truyền cho môi chất làm mát Nhiệt độ từ động truyền cho môi chất làm mát coi gần số nhiệt lượng đưa qua tản nhiệt truyền vào không khí, lượng nhiệt truyền cho hệ thống làm mát động xăng chiếm khoảng 20 ÷ 30% tổng số nhiệt lượng nhiên liệu toả Nhiệt lượng Q lm tính theo công thức kinh nghiệm sau đây: Q lm = q’ lm Ne (J/s) (1) 475 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Trong đó: q’ lm : nhiệt lượng truyền cho nước làm mát ứng đơn vị công suất đơn vị thời gian (J/kW.s) Đối với động xăng: q’ lm = 1263 – 1360 (J/kW.s) Ne: công suất có ích động (kW) Có trị số Q lm , ta xác định lượng nước G lm tuần hoàn hệ thống đơn vị thời gian: Glm = Qlm cn ∆t n (kg/s) (2) Trong đó: c n : tỷ nhiệt môi chất làm mát (J/kg.độ) Nước: c n = 4187 (J/kg.độ) Êtylen glycon c n = 2093 (J/kg.độ) ∆t n : hiệu số nhiệt độ môi chất vào tản nhiệt (∆t n ≈ 10oC) Dựa vào công thức (2) để tính toán xác định lưu lượng môi chất kích thước cần thiết cho tản nhiệt hệ thống làm mát 2.2 Tính toán truyền nhiệt két làm mát Sự truyền nhiệt từ môi chất làm mát không khí truyền nhiệt từ môi chất đến môi chất khác qua thành mỏng Như trình truyền nhiệt phân làm ba giai đoạn ứng với ba phương trình truyền nhiệt sau:  Từ môi chất làm mát đến mặt thành ống bên trong: Q lm = α F (t n – t s1 ), J/s; (3)  Qua thành ống: Q lm = λ.F (t s1 - t s2 )/δ J/s; (4)  Từ mặt thành ống đến không khí: Q lm = α F (t s2 – t kk ), J/s; (5) Trong đó: Q lm : nhiệt lượng động truyền cho nước làm mát nhiệt lượng nước dẫn qua tản nhiệt (J/s) α : hệ số tản nhiệt từ nước làm mát đến thành ống tản nhiệt (W/m2.độ) λ: hệ số dẫn nhiệt vật liệu làm ống dẫn nhiệt (W/m.độ) δ: chiều dày thành ống (m) α : Hệ số tản nhiệt từ thành ống tản nhiệt vào không khí (W/m2.độ) F : diện tích bề mặt tiếp xúc với nước nóng (m2) F : diện tích bề mặt tiếp xúc với không khí (m2) T s1 ,t s2 : nhiệt độ trung bình bề mặt thành ống (oC) T n ,t n : nhiệt độ trung bình môi chất làm mát tản nhiệt không khí qua tản nhiệt (oC) 476 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM Các phận sử dụng để thực thí nghiệm hệ thống bao gồm: két làm mát kênh mini, bơm, hệ thống đường ống, quạt điện, công tắc nhiệt nguồn gia nhiệt thể hình Trong đó, phận trao đổi nhiệt két làm mát chế tạo theo công nghệ truyền nhiệt kênh mini dùng làm thí nghiệm hình Hình Những dụng cụ cần thiết cần chuẩn bị để tiến hành thí nghiệm Vị trí lắp nắp két làm mát Đường vào Đường Hình Két làm mát kênh mini Môi chất thực trình giải nhiệt cho động sử dụng dung dịch làm mát có thị trường Môi chất làm mát từ bình chứa bơm vào áo nước xy-lanh, nhiệt từ lòng xy-lanh truyền cho môi chất Độ xác dụng cụ đo thể bảng Bảng 1: Dụng cụ đo độ xác Dụng cụ đo Độ xác Thang đo Nhiệt kế thủy ngân ± 0C ~ 100 0C Nhiệt kế điện tử + đầu đo nhiệt độ ± 0,50C ~1200 0C Thiết bị đo nhiệt độ bề mặt tia laser ± 0,50C ~ 600 0C Ngoài việc sử dụng két làm mát kênh mini, giải pháp thay quạt gió cưỡng lắp vô-lăng động quạt điện, điều khiển công tắc nhiệt thời gian dựa vào nhiệt độ môi chất làm mát thực Đồng thời kết hợp thay đổi cánh đón gió tự nhiên nhờ vào vận tốc xe chạy đường Trong trường hợp xe chạy chỗ đứng chờ tín hiệu đèn giao thông lâu tắt đường không khí giải nhiệt két làm mát quạt điện sử dụng nguồn điện accu cung cấp Khi xe chạy có vận tốc, nhiệt độ môi chất làm mát giảm xuống thấp ổn định công tắc nhiệt ngắt điều khiển quạt ngừng hoạt động 477 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Hình Mô hình thí nghiệm thay quạt gió cưỡng CÁC KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Để đánh giá hiệu làm mát, thí nghiệm tiến hành chế độ làm việc khác xe, kết thực nghiệm thống kê phân tích thay đổi nhiệt độ môi chất vào két cho hai loại két làm mát kênh mini két ban đầu xe Trường hợp 1: Khi động làm việc ổn định tốc độ cầm chừng, không tải (xe đứng yên chỗ) quạt gió cưỡng xe lấy két cũ không sử dụng quạt điện két Nhiệt độ, o C Két ban đầu Két kênh mini Thời gian, phút Hình Sự thay đổi nhiệt độ môi chất vào két làm mát (trường hợp 1) 478 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Nhiệt độ, o C Két ban đầu Két kênh mini Thời gian, phút Hình Sự thay đổi nhiệt độ môi chất sau qua két làm mát (trường hợp 1) Dựa vào đồ thị hình hình 5, với điều kiện đo nhiệt độ phòng 29oC, vị trí thời gian đo két làm mát kênh mini két cũ Kết bước đầu thu nhiệt độ môi chất vào két két cũ tăng theo thời gian làm việc động cơ, khoảng thời gian đạt nhiệt độ làm việc ổn định hai trường hợp tương đương Tuy nhiên, nhiệt độ môi chất vào két kênh mini thấp nhiệt độ vào két cũ theo xe Kết từ trường hợp cho thấy, két phát huy tốt hiệu tháo rời quạt gió cưỡng dẫn động từ trục khuỷu động Điều làm gia tăng công suất cho động không cần tiêu tốn công suất để dẫn động quạt gió cưỡng Trường hợp 2: Đo nhiệt độ môi chất vào sau qua két làm mát động làm việc tốc độ cầm chừng, không tải (xe đứng yên chỗ), giữ lại quạt gió cưỡng xe két cũ sử dụng quạt điện két Nhiệt độ, o C Két ban đầu Két kênh mini Thời gian, phút Hình Sự thay đổi nhiệt độ môi chất vào két làm mát (trường hợp 2) 479 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Nhiệt độ, o C Két ban đầu Két kênh mini Thời gian, phút Hình Sự thay đổi nhiệt độ môi chất sau qua két làm mát (trường hợp 2) Ban đầu nhiệt độ môi chất đầu vào khỏi két làm mát kênh mini thấp két cũ, điều có két làm mát hiệu Nhiệt độ đầu két hai trường hợp tương đương nhau, nhiên nhiệt độ két kênh mini có xu hướng thấp chút Sau khoảng thời gian động đạt nhiệt độ làm việc ổn định, nhiệt độ đầu két làm mát kênh mini có giá trị thấp so với két ban đầu xe Kết thể rằng, két làm mát kênh mini làm mát hiệu tương đương chí tốt so với két cũ kết hợp dùng quạt điện công suất nhỏ điều khiển công tắc nhiệt thời gian lấy nguồn từ accu sẵn có Chính yếu tố làm gia tăng công suất đảm bảo tính làm mát cho động Qua hai trường hợp thí nghiệm cho thấy, nhiệt độ môi chất vào két két cũ tăng theo thời gian làm việc động cơ, nhiệt độ vào két cũ lớn so với két kênh mini khoảng từ đến 8oC Kết bước đầu thể hiệu làm mát tản nhiệt kênh mini khả thay cho tản nhiệt cũ KẾT LUẬN Nghiên cứu tiến hành phương pháp thực nghiệm để tổng hợp kết quả, so sánh đánh giá hiệu két làm mát kênh mini Két làm mát cải tiến có kích thước nhỏ gọn khoảng 35%, công nghệ chế tạo đơn giản giảm giá thành khoảng 50% so với hệ thống ban đầu Kết thực nghiệm cho thấy, hiệu làm mát tản nhiệt kênh mini cao so với két ban đầu Thêm vào đó, với giải pháp kết hợp sử dụng quạt điện, bỏ hẳn quạt gió cưỡng đồng thời tận dụng vận tốc dòng không khí tạo xe chạy đường gia tăng công suất động Trong thời gian tới cần tiến hành đo công suất băng thử để xác định cụ thể lượng gia tăng công suất tăng tính thuyết phục nghiên cứu Tuy nhiên, với kết đạt cho thấy hiệu tính khả thi két làm mát kênh mini sử dụng cho xe máy có hệ thống làm mát dung dịch LỜI CẢM ƠN Nhóm nghiên cứu xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến đơn vị hỗ trợ để thực dự án nghiên cứu này: (1) Trường ÐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM; (2) Trường Cao đẳng Nghề Số 22 Dĩ An – Bình Dương TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] http://www.thesaigontimes.vn/130636/Cuoi-nam-2017-thi-diem-kiem-soat-khi-thai-xemay.html 480 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV [2] http://vnexpress.net/tin-tuc/oto-xe-may/tu-van/can-trong-voi-he-thong-lam-mat-tren-xega-2213541.html [3] Dang, T.T, (2010), A study on the heat transfer and fluid flow phenomena of microchannel heat exchanger, Ph.D, thesis, Chung Yuan Christian University, Chung-Li, Taiwan [4] Wei, X, (2004), Stacked microchannel heat sinks for liquid cooling of microelectronics devices, Ph.D, thesis, Academic Faculty, Georgia Institute of Technology [5] Dang, T.T & Teng, J.T, (2011), The effects of configurations on the performance of microchannel counter-flow heat exchangers-An experimental study, Applied Thermal Engineering, Vol 31, Issue 17-18, 2011, pp 3946-3955 (SCIE) [6] Dang, T.T.; Teng, J.T., & Chu, J.C, (2010), A study on the simulation and experiment of a microchannel counter-flow heat exchanger, Applied Thermal Engineering, Volume 30, Issues 14-15, 2010, p.p 2163-2172 (SCIE) [7] Dang, T.T & Teng, J.T, (2011), Comparison on the heat transfer and pressure drop of the microchannel and minichannel heat exchangers, Heat and Mass Transfer, Vol, 47, 2011, pp 1311-1322 (SCI) [8] Dang, T.T & Teng, J.T, (2010), Numerical and experimental studies of the impact of flow arrangement on the behavior of heat transfer of a microchannel heat exchanger, IAENG International Journal of Applied Mathematics Volume 40, 207-213 [9] Thangtrung Dang, Daly Minh Nao, Ngoctan Tran, and Jyh-Tong Teng, (2013), A Novel Design for a Scooter Radiator Using Minichannel, International Journal of Computational Engineering Research Volume 3, 41-49 THÔNG TIN TÁC GIẢ Nguyễn Đình Trung, nhận Kỹ sư chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM Nghiên cứu lĩnh vực động đốt trong, công tác trường Cao Đẳng Nghề Số 22 Dĩ An – Bình Dương Nguyễn Văn Trạng, nhận Kỹ sư chuyên ngành Ô tô máy động lực trường Đại học Bách khoa Tp HCM năm 2002, Thạc sĩ kỹ thuật từ trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM năm 2004 Tốt nghiệp Tiến sĩ trường Đại học Yeungnam, Hàn Quốc năm 2014 Nghiên cứu lĩnh vực động đốt trong, động lực học kết cấu khí Hiện công tác khoa Cơ khí Động lực, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM Đặng Thành Trung: nhận Kỹ sư Thạc sĩ chuyên ngành Công nghệ Nhiệt-Điện lạnh trường Đại học Bách khoa Tp HCM từ năm 2001 2004 Tốt nghiệp Tiến sĩ trường Đại học Trung Nguyên, Đài Loan, năm 2010 Công nhận chức danh Phó Giáo sư vào năm 2013 Nghiên cứu lĩnh vực truyền nhiệt, lượng Hiện công tác khoa Cơ khí Động lực, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM 481 ... hiệu làm mát tản nhiệt kênh mini khả thay cho tản nhiệt cũ KẾT LUẬN Nghiên cứu tiến hành phương pháp thực nghiệm để tổng hợp kết quả, so sánh đánh giá hiệu két làm mát kênh mini Két làm mát cải tiến. .. truyền nhiệt hiệu giải pháp cải tiến hệ thống làm mát xe Nouvo LX xác định dựa vào phương trình cân nhiệt từ động truyền cho hệ thống làm mát (công thức thực nghiệm) phương trình truyền nhiệt. .. lm : nhiệt lượng động truyền cho nước làm mát nhiệt lượng nước dẫn qua tản nhiệt (J/s) α : hệ số tản nhiệt từ nước làm mát đến thành ống tản nhiệt (W/m2.độ) λ: hệ số dẫn nhiệt vật liệu làm ống