Nghiên cứu chế tạo ống nhiệt nhỏ và ứng dụng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LÊ KIỀU HIỆP NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO ỐNG NHIỆT NHỎ VÀ ỨNG DỤNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT NHIỆT LẠNH NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS NGUYỄN NGUYÊN AN Hà Nội – Năm 2010 LỜI CẢM ƠN Bản luận văn thực Bộ môn Kỹ thuật Nhiệt, Viện Khoa học & Công nghệ Nhiệt Lạnh, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội hướng dẫn TS Nguyễn Nguyên An Tôi xin chân thành cảm ơn hướng dẫn tận tình TS Nguyễn Nguyên An Sự hướng dẫn, bảo tận tình thầy điều kiện tiên giúp hoàn thành luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy, cô Bộ môn Kỹ thuật Nhiệt tạo điều kiện có ý kiến đóng góp quý báu giúp thực tốt nội dung nghiên cứu luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn Phòng thí nghiệm Quá trình thiết bị Nhiệt lạnh cho phép sử dụng trang thiết bị có phục vụ cho công tác nghiên cứu thực nghiệm i LỜI CAM ĐOAN Bản luận văn nghiên cứu thực hướng dẫn thầy giáo TS Nguyễn Nguyên An Để hoàn thành luận văn này, sử dụng tài liệu tham khảo ghi mục Tài liệu tham khảo, không sử dụng tài liệu mà không liệt kê Các kết thu kết luận văn, không chép từ công trình hay thiết kế người khác Nếu sai, xin chịu hoàn toàn trách nhiệm theo quy định Hà Nội, ngày 26 tháng 10 năm 2010 Người cam đoan Lê Kiều Hiệp ii MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU .1 BẢNG CÁC KÝ HIỆN SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN .2 BẢNG CÁC KÝ HIỆN CHÂN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ỐNG NHIỆT VÀ ỨNG DỤNG 1.1 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ỐNG NHIỆT 1.2 PHÂN LOẠI ỐNG NHIỆT 1.2.1 Phân loại ống nhiệt theo lực tác dụng đưa chất lỏng từ phần ngưng phần sôi.6 1.2.2 Phân loại ống nhiệt theo phạm vi nhiệt độ sử dụng 1.2.3 Phân loại ống nhiệt theo môi chất nạp 1.2.4 Phân loại ống nhiệt theo hình dạng ống 1.3 ƯU, NHƯỢC ĐIỂM CỦA ỐNG NHIỆT VÀ ỨNG DỤNG 1.3.1 Ưu, nhược điểm ống nhiệt 1.3.2 Ứng dụng ống nhiệt 1.4 ỨNG DỤNG CỦA ỐNG NHIỆT TRONG LĨNH VỰC LÀM MÁT THIẾT BỊ ĐIỆN, ĐIỆN TỬ 11 1.4.1 Phân tích lựa chọn phương án làm mát linh kiện điện tử có khả chế tạo Việt Nam .13 1.4.2 Đề xuất hướng nghiên cứu chế tạo làm mát thiết bị điện, điện tử điều kiện Việt Nam 16 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ ỐNG NHIỆT TRỌNG TRƯỜNG 18 2.1 CƠ SỞ TÍNH TOÁN CỦA ỐNG NHIỆT TRỌNG TRƯỜNG 18 2.1.1 Lựa chọn môi chất nạp cho ống nhiệt trọng trường 18 2.1.2 Trở kháng thủy lực dòng chảy ống .21 2.1.3 Công suất nhiệt ống nhiệt 21 2.2 MỞ RỘNG LÝ THUYẾT NGƯNG MÀNG CỦA NUSSELT CHO TRƯỜNG HỢP NGƯNG MÀNG BÊN TRONG ỐNG NHIỆT TRỌNG TRƯỜNG THẲNG ĐỨNG 27 2.2.1 Quá trình trao đổi nhiệt ống nhiệt trọng trường 27 2.2.2 Mô hình phần ngưng 29 2.2.3 Xây dựng phần mềm giải mô hình toán trình trao đổi nhiệt ngưng 31 2.2.4 Kết thảo luận mô hình toán học phần ngưng ống nhiệt trọng trường đặt thẳng đứng 35 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO ỐNG NHIỆT LOẠI NHỎ Ở ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM 39 3.1 THIẾT KẾ ỐNG NHIỆT LOẠI NHỎ ỨNG DỤNG TRONG LÀM MÁT THIẾT BỊ ĐIỆN, ĐIỆN TỬ 39 3.1.1 Thiết kế sơ bộ, lựa chọn môi chất ống nhiệt .39 3.1.2 Tính công suất nhiệt ống nhiệt .40 iii 3.2 PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO ỐNG NHIỆT HIỆN CÓ TRÊN THẾ GIỚI 42 3.2.1 Lựa chọn vật liệu gia công vỏ ống nhiệt 42 3.2.2 Làm phần vỏ ống nhiệt .43 3.2.3 Loại bỏ khí vật liệu 44 3.2.4 Kiểm tra mối hàn 45 3.2.5 Nạp môi chất cho ống nhiệt 45 3.3 CHẾ TẠO ỐNG NHIỆT LOẠI NHỎ Ở ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM 47 3.3.1 Chế tạo vỏ ống nhiệt 47 3.3.2 Làm bề mặt ống nhiệt 49 3.3.3 Quy trình nạp môi chất .49 CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VỀ HIỆU QUẢ TRUYỀN NHIỆT CỦA ỐNG NHIỆT TRỌNG TRƯỜNG LOẠI NHỎ 52 4.1 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU 52 4.2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI HIỆU QUẢ TRUYỀN NHIỆT CỦA ỐNG NHIỆT TRỌNG TRƯỜNG 53 4.2.1 Đánh giá ảnh hưởng lượng nạp 53 4.2.2 Đánh giá ảnh hưởng góc nghiêng .54 4.2.3 Dụng cụ đo 56 4.3 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA LƯỢNG NẠP TỚI HIỆU QUẢ HOẠT ĐỘNG CỦA ỐNG NHIỆT 60 4.3.1 Phương pháp xử lý số liệu kết thí nghiệm .60 4.3.2 Kết thảo luận 62 4.4 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA GÓC NGHIÊNG TỚI HIỆU QUẢ HOẠT ĐỘNG CỦA ỐNG NHIỆT 63 4.4.1 Phương pháp xử lý số liệu kết thí nghiệm .63 4.4.2 Kết thảo luận 64 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT MỞ RỘNG PHẠM VI NGHIÊN CỨU 65 5.1 KẾT LUẬN 65 5.2 CÁC ĐỀ XUẤT MỞ RỘNG PHẠM VI NGHIÊN CỨU 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO .67 iv DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Yêu cầu tản nhiệt cho số loại chip vi xử lý Intel sản xuất (Nhiệt độ môi trường 380C) 11 Bảng 2.1: Môi chất nạp ống nhiệt nhiệt độ làm việc 18 Bảng 2.2 Tính phù hợp môi chất vật liệu vỏ ống 19 Bảng 2.3 Giá trị hệ số chất lượng M số môi chất .21 Bảng 2.4: Danh mục môi chất phần mềm EES 33 Bảng 3.1: Các đặc tính ống nhiệt trọng trường φ6 .41 Bảng 4.1: Đặc tính đồng hồ vạn Fluke 87V 57 Bảng 4.2: Độ chênh nhiệt độ trung bình phần sôi phần ngưng 61 Bảng 4.2: Độ chênh nhiệt độ trung bình phần sôi phần ngưng với góc nghiêng khác 63 v DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Nguyên lý hoạt động ống nhiệt .4 Hình 1.2: Chu trình môi chất bên ống nhiệt đồ thị T-s Hình 1.3: Ống nhiệt trọng trường Hình 1.4: Ống nhiệt mao dẫn .7 Hình 1.5: Ống nhiệt ly tâm sử dụng để điều hòa không khí Hình 1.6: Dự báo xu hướng phát triển sản phẩm điện thoại thông minh 12 Hình 1.7: Sự phụ thuộc COP vào độ chênh nhiệt độ mặt nóng mặt lạnh 12 Hình 1.8: Đế cắm chíp làm chất dẻo tản nhiệt 13 Hình 1.9: Bộ tản nhiệt CPU máy tính làm mát trực tiếp không khí dùng cánh tản nhiệt đối lưu cưỡng .14 Hình 1.10: Bộ làm mát linh kiện điện tử dùng chất lỏng tải nhiệt .15 Hình 1.11: Bộ tản nhiệt CPU có tích hợp ống nhiệt 16 Hình 2.1: Mô hình nhiệt trở ống nhiệt trọng trường .22 Hình 2.2: Phân bố môi chất bên ống nhiệt trọng trường 27 Hình 2.3: Các trường hợp phân bố môi chất khác ống nhiệt trọng trường .28 Hình 2.4: Lưu đồ thuật toán xác định chiều dày màng nước ngưng vị trí x 32 Hình 2.5: Giao diện phần mềm xác định chiều dày màng nước ngưng .34 Hình 2.6: Phân bố chiều dày màng nước ngưng theo lý thuyết Nusselt kết tính toán .36 Hình 2.7: Sự thay đổi hệ số trao đổi nhiệt đối lưu theo chiều dài phần ngưng 36 Hình 2.8: Sự thay đổi hệ số trao đổi nhiệt đối lưu trung bình theo chiều dài phần ngưng .37 Hình 3.1: CPU máy tính hãng Intel sản xuất 39 Hình 3.2: Phần mềm tính nhiệt ống nhiệt trọng trường .41 Hình 3.3: Vỏ ống nhiệt trọng trường 43 Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý hệ thống nạp môi chất cho ống nhiệt 46 Hình 3.5: Bản vẽ thiết kế ống nhiệt trọng trường φ6 mm 47 Hình 3.6: Vỏ ống nhiệt hàn nắp 48 Hình 3.7: Phần nắp ống nhiệt 48 Hình 3.8: Đầu ống có gắn ống nạp φ1 49 vi Hình 3.8: Sơ đồ nguyên lý hệ thống nạp môi chất cho ống nhiệt 50 Hình 3.10: Ống nhiệt trọng trường đường kính mm chế tạo Viện KH & CN Nhiệt – Lạnh, Đại học Bách Khoa HN .51 Hình 4.1: Mô hình thí nghiệm đánh giá hiệu hoạt động ống nhiệt .53 Hình 4.2: Sơ đồ chi tiết hệ thống thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng lượng nạp 54 Hình 4.3: Giá đỡ mô hình thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng góc nghiêng .55 Hình 4.4: Mô hình thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng góc nghiêng tới hiệu truyền nhiệt ống nhiệt 55 Hình 4.5: Đồng hồ vạn Fluke 87V 56 Hình 4.6: Phương pháp đo nhiệt độ bề mặt cặp nhiệt 57 Hình 4.7: Mối hàn cặp nhiệt bề mặt ống nhiệt .58 Hình 4.8: Datalogger Card 16 đầu đo cặp nhiệt 58 Hình 4.10: Giao diện lập trình Graphic phần mềm Labview .59 Hình 4.11: Giao diện phần mềm thu thập số liệu 59 Hình 4.12: Hệ thống thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng góc nghiêng tới hiệu truyền nhiệt ống nhiệt .60 Hình 4.13: Ảnh hưởng lượng nạp tới độ chênh nhiệt độ phần sôi phần ngưng 61 Hình 4.10: Ảnh hưởng góc nghiêng tới độ chênh nhiệt độ phần sôi phần ngưng 64 vii LỜI MỞ ĐẦU Ống nhiệt phần tử truyền nhiệt có khả truyền nhiệt lượng lớn với độ chênh nhiệt độ nhỏ Các thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống nhiệt ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực Trong lĩnh vực làm mát thiết bị điện - điện tử, công nghệ ống nhiệt mang lại hiệu cao việc làm gọn thiết bị tăng tốc độ xử lý Trên giới, thiết bị làm mát ống nhiệt nhiều hãng sản xuất thiết bị điện tử tích hợp vào sản phẩm họ khuyến cáo sử dụng sản phẩm kèm với thiết bị làm mát dạng Các thiết bị làm mát có ưu điểm nhỏ gọn, tin cậy, hiệu suất làm mát cao Tuy nhiên, công nghệ ống nhiệt công nghệ tiên tiến nên giá thành sản phẩm dạng cao Ở Việt Nam, có nhiều nghiên cứu ống nhiệt tiến hành Các nghiên cứu thường tập trung vào dạng ống nhiệt lớn, hiệu làm mát cao, ứng dụng lò công nghiệp làm mát thiết bị điện lớn Chúng ta chưa có nhiều nghiên cứu ống nhiệt nhỏ, chưa có công nghệ sản xuất đánh giá thiết bị trao đổi nhiệt tích hợp loại ống nhiệt nhỏ Do vậy, đề tài mà luận văn lựa chọn Nghiên cứu chế tạo ống nhiệt loại nhỏ ứng dụng Đối tượng nghiên cứu luận văn phần tử ống nhiệt trọng trường loại nhỏ hoạt động nhiệt độ trung bình Mục tiêu chủ yếu luận văn tìm phương pháp chế tạo số mẫu ống nhiệt loại nhỏ, nghiên cứu đặc tính hoạt động ống nhiệt, nghiên cứu tính khả thi việc ứng dụng công nghệ ống nhiệt điều kiện Việt Nam đặc biệt lĩnh vực làm mát thiết bị điện – điện tử Những kết nghiên cứu luận văn sở để tìm quy trình chế tạo ống nhiệt có quy mô nhỏ, từ phát triển thành quy mô lớn quy mô công nghiệp Các thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống nhiệt có lượng tiêu hao vật tư thấp, giá thành cao hứa hẹn sản phẩm đem lại lợi nhuận cao thị trường BẢNG CÁC KÝ HIỆN SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN Ký hiệu Ý nghĩa Đơn vị t - Nhiệt độ p - Áp suất bar ρ - Khối lượng riêng kg/m3 hgf - Ẩn nhiệt hóa J/kg λ - Hệ số dẫn nhiệt J/mK σ - Sức căng bề mặt N/m L - Chiều dài m d - Đường kính m Q - Dòng nhiệt, công suất nhiệt W ζ - Hệ số nạp (tỷ số thể tích lỏng C - thể tích phần sôi) ξ - Hệ số tính chất nhiệt vật lý υ - Độ nhớt động học µ - Độ nhớt động lực học Ns/m2 α - Hệ số tỏa nhiệt đối lưu W/m2K A, F - Diện tích g - Gia tốc trọng trường m/s2 R - Nhiệt trở K/W m2/s m2 Hình 4.7: Mối hàn cặp nhiệt bề mặt ống nhiệt Tín hiệu nhiệt độ xử lý Datalogger Card Dataloger Card Công ty TNHH Cơ - Nhiệt - Điện tử COSMO sản xuất Các tín hiệu điện áp cặp nhiệt khuếch đại chuyển đổi dạng tín hiệu số, tín hiệu số truyền tải đến máy tính thông qua cáp truyền theo giao thức RS232 Hình 4.8: Datalogger Card 16 đầu đo cặp nhiệt 58 Để máy tính giao tiếp với Datalogger Card, ta lập trình phần mềm xử lý lưu trữ số liệu máy tính Phần mềm xây dựng sở ngôn ngữ lập trình Graphic phần mềm Labview Version 6.0 Máy tính nhận tín hiệu số, giải mã tín hiệu, hiển thị tín hiệu lên hình ghi lại giá trị tự động theo thời gian Dữ liệu nhiệt độ ghi lại dạng file excel cho phép xử lý cách đơn giản Giao diện phần mềm Dataloger xây dựng sở phần mềm Labview mô tả hình 4.10 Hình 4.10: Giao diện lập trình Graphic phần mềm Labview Hình 4.11: Giao diện phần mềm thu thập số liệu 59 Hệ thống thí nghiệm xác định ảnh hưởng góc nghiêng tới hiệu truyền nhiệt ống nhiệt sau lắp đặt hoàn chỉnh thể hình 4.12 Để số liệu có độ ổn định cao, thời gian độ thí nghiệm 90 phút, thí nghiệm tiến hành lần Kết thí nghiệm kết trung bình lần đo Hình 4.12: Hệ thống thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng góc nghiêng tới hiệu truyền nhiệt ống nhiệt 4.3 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA LƯỢNG NẠP TỚI HIỆU QUẢ HOẠT ĐỘNG CỦA ỐNG NHIỆT 4.3.1 Phương pháp xử lý số liệu kết thí nghiệm Để đánh giá hiệu ống nhiệt, ta sử dụng mẫu ống nhiệt chế tạo với lượng nạp khác Các ống nhiệt kiểm tra với công suất nhiệt từ 7,5 W đến 20 W Nhiệt độ điểm đo ghi nhận xử lý theo quy trình sau: Bước 1: Xác định nhiệt độ trung bình phần sôi: ts = (t + t ) , [0C] (4.1) 60 Bước 2: Xác định nhiệt độ trung bình phần ngưng: tn = (t1 + t + t + t + t ) , [0C] (4.2) Bước 3: Xác định độ chênh nhiệt độ trung bình phần sôi phần ngưng: ∆t = t s − t n , [ C] (4.3) Giá trị độ chênh nhiệt độ trung bình thể bảng 4.2 đồ thị 4.13 Bảng 4.2: Độ chênh nhiệt độ trung bình phần sôi phần ngưng Công suất Mẫu Mẫu Mẫu Mẫu Mẫu nhiệt [W] ξ = 0,16 ξ =0,38 ξ =0,61 ξ =0,78 ξ =1,16 20,0 38,81 11,79 11,12 23,87 41,02 17,5 34,00 15,02 12,01 25,69 42,40 15,0 30,53 15,00 10,55 27,98 39,48 12,5 26,39 15,68 11,61 30,72 35,93 10,0 22,77 15,94 13,80 30,39 31,17 7,5 19,04 14,62 17,12 25,86 25,55 STT Hình 4.13: Ảnh hưởng lượng nạp tới độ chênh nhiệt độ phần sôi phần ngưng 61 4.3.2 Kết thảo luận Độ chênh nhiệt độ vùng sôi vùng ngưng yếu tố lựa chọn để đánh giá hiệu hoạt động ống nhiệt Ở công suất nhiệt, độ chênh lớn ống nhiệt truyền nhiệt kém, độ chênh nhỏ ống nhiệt truyền nhiệt tốt Quan sát hình 4.13, ta nhận thấy mẫu mẫu 5, công suất nhiệt tăng độ chênh nhiệt độ có xu hướng tăng lên Điều lý giải dựa phân bố môi chất bên ống nhiệt Khi lượng nạp lớn, phần sôi ngập chiếm phần lớn chiều cao phần sôi, phần sôi màng có chiếm phần nhỏ chiều cao phần sôi Ở chế độ màng môi chất có chiều dày lớn nên hệ số tỏa nhiệt lúc nhỏ chế độ sôi ngập Khi công suất nhiệt tăng lên, chiều cao vùng sôi ngập giảm đi, vùng sôi màng kéo dài hơn, hệ số tỏa nhiệt vùng sôi giảm, độ chênh nhiệt độ tăng lên Khi công suất nhiệt tăng đến mức độ đó, độ chênh nhiệt độ bắt đầu giảm Điều lý giải lúc màng lỏng ngưng kéo dài hơn, chiều dày mỏng hơn, hệ số tỏa nhiệt đối lưu sôi màng tăng chiều dày giảm, đến thời điểm hệ số lớn hệ số tỏa nhiệt sôi ngập Hệ số tỏa nhiệt lúc bắt đầu tăng lên dẫn đến độ chênh nhiệt độ giảm Ở mẫu 1, lượng nạp nhỏ, nên ống nhiệt hoạt động chế độ hình 2.3 (a) Trên bề mặt phần sôi xuất khoảng không làm ướt màng lỏng ngưng Khi công suất nhiệt tăng, chiều dài khoảng tăng lên, hệ số tỏa nhiệt trung bình phần sôi bị giảm dẫn đến độ chênh nhiệt độ tăng lên Ở mẫu mẫu 3, độ chênh nhiệt độ thay đổi không nhiều, ống nhiệt hoạt động chế độ hình 2.3 (c) Mẫu với lượng nạp 0,61 cho hiệu truyền nhiệt tốt công suất từ 10 W đến 20 W Đây mẫu có lượng nạp tối ưu tìm thực nghiệm Điều hoàn toàn phù hợp với nghiên cứu thực nghiệm thực trước [1], [2] 62 4.4 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA GÓC NGHIÊNG TỚI HIỆU QUẢ HOẠT ĐỘNG CỦA ỐNG NHIỆT 4.4.1 Phương pháp xử lý số liệu kết thí nghiệm Để đánh giá ảnh hưởng góc nghiêng tới hiệu hoạt động ống nhiệt, ta sử dụng mẫu ống nhiệt số M3, mẫu ống nhiệt có lượng nạp tối ưu tìm phần 4.3 Mẫu hoạt động với công suất nhiệt 10 W 20 W góc nghiêng khác từ 00 đến 900 Phương pháp đánh giá hiệu hoạt động ống nhiệt tương tự đánh giá ảnh hưởng góc nghiêng, độ chênh nhiệt độ chọn làm tiêu chí để đánh giá Giá trị độ chênh nhiệt độ trung bình thể bảng 4.3 đồ thị 4.14 Bảng 4.2: Độ chênh nhiệt độ trung bình phần sôi phần ngưng với góc nghiêng khác Góc nghiêng Công suất nhiệt 10 W Công suất nhiệt 20 W 90 13,38 12,83 80 13,35 12,37 70 12,77 12,21 60 12,67 12,13 50 12,61 11,98 40 12,23 11,96 30 12,12 11,05 20 11,21 11,03 10 11,36 11,33 18,65 21,20 63 Hình 4.10: Ảnh hưởng góc nghiêng tới độ chênh nhiệt độ phần sôi phần ngưng 4.4.2 Kết thảo luận Khi góc nghiêng thay đổi, hiệu hoạt động ống nhiệt thay đổi Điều chưa giải thích lý thuyết mà tìm thực nghiệm Đối với công suất nhiệt 10 W, góc nghiêng tối ưu 300; công suất nhiệt 20 W, góc nghiêng tối ưu 200 Điều hoàn toàn phù hợp với nghiên cứu trước đây, ví dụ với nước, theo [1], góc nghiêng tối ưu nằm khoảng 150 đến 500 Khi góc nghiêng thay đổi từ 100 đến 900 độ chênh nhiệt độ thay đổi thay đổi không nhiều (bé 15% so với giá trị nhỏ nhất) Điều phù hợp với kết luận [1], góc nghiêng ảnh hưởng tới hiệu truyền nhiệt ống nhiệt nhỏ 20% 64 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT MỞ RỘNG PHẠM VI NGHIÊN CỨU 5.1 KẾT LUẬN Trong thời gian thực luận văn tốt nghiệp với đề tài “Nghiên cứu chế tạo ống nhiệt loại nhỏ ứng dụng”, tác giả hoàn thành luận văn với nội dung đạt sau: Khảo sát tổng quan ống nhiệt ứng dụng ống nhiệt thực tiễn, nghiên cứu khả ứng dụng ống nhiệt loại nhỏ lĩnh vực làm mát thiết bị điện, điện tử Việt Nam Luận văn xây dựng giải mô hình toán trình ngưng bên ống nhiệt trọng trường đặt thẳng đứng Các kết thu có độ xác cao ứng dụng kỹ thuật Dựa phương pháp tính toán ống nhiệt có, tác giả xây dựng phần mềm tính toán nhiệt ống nhiệt nhằm xác hóa, đơn giản hóa việc tính toán ống nhiệt trọng trường Dựa quy trình chế tạo ống nhiệt có giới, tác giả đề xuất phương án chế tạo ống nhiệt phù hợp với điều kiện Việt Nam Phương án ứng dụng để chế tạo thành công ống nhiệt loại nhỏ ứng dụng việc làm mát CPU máy tính Luận văn xây dựng mô hình thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng lượng nạp ảnh hưởng góc nghiêng tới hiệu truyền nhiệt ống nhiệt, từ tìm lượng nạp góc nghiêng tối ưu mẫu ống nhiệt chế tạo Với mẫu ống nhiệt chế tạo, lượng nạp tối ưu 0,61, góc nghiêng hoạt động tối ưu nằm khoảng 200 đến 300 tương ứng với dải công suất 10 W đến 20 W 65 5.2 CÁC ĐỀ XUẤT MỞ RỘNG PHẠM VI NGHIÊN CỨU Do hạn chế mặt thời gian, kiến thức chuyên môn kinh nghiệm thực tiễn, nên phạm vi nghiên cứu luận văn kết thu nhiều điểm hạn chế Với mục tiêu xây dựng sản phẩm có tính thương mại cao, hiệu kinh tế lớn, tác giả luận văn xin đề xuất số hướng nghiên cứu mở rộng sau: Hoàn thiện quy trình chế tạo ống nhiệt có, tiến hành nâng cấp từ trình chế tạo mẫu lên quy trình sản xuất quy mô nhỏ Nghiên cứu chế tạo trao đổi nhiệt tích hợp ống nhiệt chế tạo nội dung luận văn để tạo thiết bị làm mát ứng dụng thực tế Xây dựng giải mô hình toán trình xảy phần sôi ống nhiệt trọng trường, từ kết hợp mô hình phần ngưng có để xây dựng nên mô hình ống nhiệt hoàn chỉnh Mô hình công cụ để nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng hiệu truyền nhiệt ống nhiệt 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] Bùi Hải, Trần Văn Vang (2009) Ống nhiệt, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội D.A Reay, P.A Kew (2006) Heat pipes, nhà xuất Elsevier Richard P.Rumelt: MooresLaw, giảng MBA 2002, Trường Anderson UCLA, http://www.anderson.ucla.edu Intel Corporation: Intel® Core™ i5-600, i3-500 Desktop Processor Series, Intel® Pentium, Processor G6950 and LGA1156 Socket, Intel® Core™2 Duo Desktop Processor, Intel® Pentium® Dual Core Processor, and Intel® Pentium® Processor 6x1 ∆ Sequence Thermal/Mechanical Specifications and Design Guidelines, www.intel.com Allied Business Intelligence, Inc: Smartphone and OS Markets, www.abiresearch.com, 2009 Phần mềm mô máy lạnh nhiệt điện AZTEC 3.0.4 Jay Amarasekera (September 2005) Conductive plastics for electrical and electronic applications, Reinforced Plastics, Volume 49, Issue 8, Pages 3841 Leonard L Vasiliev (January 2005) Heat pipes in modern heat exchangers, Applied Thermal Engineering, Volume 25, Issue 1, Pages 1-19 Project ME 146 Thermal Management of Electronics, Department of Mechanical & Aerospace Engineering, San José State University B Jiao, L.M Qiu, X.B Zhang, Y Zhanga (2008) Investigation on the e ect of filling ratio on the steady-state heat transfer performance of a vertical two-phase closed thermosyphon, Applied Thermal Engineering, Volume 28, Issues 11-12, Pages 1417-1426 Gung Huei Chou, Jyh Chen Chen (1999) A general modeling for heat transfer during reflux condensation inside vertical tubes surrounded by isothermal fluid, International Journal of Heat and Mass Transfer, Volume 42, Issue 12, Pages 2299-2311 Zhuang J, Zhang H, Heat pipe technology and engineering application, Beijing: Chemical Industry Press (2000) [13] Rohsenow WM, Heat transfer and temperature distribution in laminar film condensation, J Heat Transfer; 78:p, 1645–8 (1956) [14] Wen YP, Guo S, Study on inner heat transfer coefficient of gravity heat pipe In: 3rd conference of space thermo physics, Yantai China (1982) 67 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Các kết nghiên cứu thực nghiệm Phụ lục 1.1 Các mẫu ống nhiệt chế tạo luận văn Bảng 1: Các mẫu ống nhiệt chế tạo Mẫu ống nhiệt M1 M2 M3 M4 M5 Hệ số nạp 0,158 0,384 0,611 0,779 1,161 Phụ lục 1.2 Giá trị nhiệt độ điểm đo mẫu ống nhiệt ứng với công suất nhiệt khác 100 Nhiệt độ [Độ C] 90 20 W 80 17,5 W 70 17 W 60 12,5 W 10 W 50 7,5 W 40 30 Điểm đo Hình 1: Phân bố nhiệt độ theo chiều dài ống nhiệt mẫu M1 với công suất nhiệt khác 100 Nhiệt độ [Độ C] 90 20 W 80 17,5 W 70 17 W 60 12,5 W 10 W 50 7,5 W 40 30 Điểm đo Hình 2: Phân bố nhiệt độ theo chiều dài ống nhiệt mẫu M2 với công suất nhiệt khác 100 Nhiệt độ [Độ C] 90 20 W 80 17,5 W 70 17 W 60 12,5 W 10 W 50 7,5 W 40 30 Điểm đo Hình 3: Phân bố nhiệt độ theo chiều dài ống nhiệt mẫu M3 với công suất nhiệt khác 100 Nhiệt độ [Độ C] 90 20 W 80 17,5 W 70 17 W 60 12,5 W 10 W 50 7,5 W 40 30 Điểm đo Hình 4: Phân bố nhiệt độ theo chiều dài ống nhiệt mẫu M4 với công suất nhiệt khác 100 Nhiệt độ [Độ C] 90 20 W 80 17,5 W 70 17 W 60 12,5 W 10 W 50 7,5 W 40 30 Điểm đo Hình 5: Phân bố nhiệt độ theo chiều dài ống nhiệt mẫu M5 với công suất nhiệt khác Phụ lục 2: Các đoạn mã EES sử dụng luận văn Phụ lục 2.1: Phần mềm tính nhiệt ống nhiệt trọng trường {Tinh anpha_w} t_nc=30 nuy_nc=viscosity(air,t=t_nc)*volume(air,t=t_nc,p=1.013) vantoc_c=15 Re_c=vantoc_c*d_e/nuy_nc Pr_c=PRANDTL(air,T=t_nc) Nuselt_c=0.193*Re_c^0.618*Pr_c^(1/3) lambda_nc=CONDUCTIVITY(air,T=t_nc) anpha_nc=Nuselt_c*lambda_nc/d_e {Tinh anpha_z} t_ne=90 nuy_ne=viscosity(steam,t=t_ne,x=0)*volume(steam,t=t_ne,x=0) vantoc_e=1 Re_e=vantoc_e*d_e/nuy_ne Pr_e=PRANDTL(steam,T=t_ne,p=1) Nuselt_e=0.193*Re_e^0.618*Pr_e^(1/3) lambda_ne=CONDUCTIVITY(steam,T=t_ne,x=0) anpha_ne=Nuselt_e*lambda_ne/d_e d_e=6.35e-3 doday=0.61e-3 d_i=d_e-2*doday Lambda_w=400 R_z=1/anpha_ne/pi/d_e/L_s R_w=1/anpha_nc/pi/d_e/L_n R_vs=ln(d_e/d_i)/2/pi/lambda_w/L_s R_vn=ln(d_e/d_i)/2/pi/lambda_w/L_n R_e=R_vs+R_vn+R_z+R_w A=d_i*((L_s*L_n)/(L_s+L_n/phi))^0.75 phi=1 {xi=CONDUCTIVITY(Methanol,T=t_h1,x=0)^0.75*(1/VOLUME(Methanol,T =t_h1,x=0))^0.5*(enthalpy(methanol,T=t_h1,x=1)enthalpy(methanol,T=t_h1,x=0))^0.5*(VISCOSITY(Methanol,T=t_h1,x=0)^(0.25))} xi=CONDUCTIVITY(Steam,T=t_h1,x=0)^0.75*(1/VOLUME(Steam,T=t_h1,x =0))^0.5*(enthalpy(steam,T=t_h1,x=1)enthalpy(steam,T=t_h1,x=0))^0.5*(VISCOSITY(Steam,T=t_h1,x=0)^(-0.25)) dt=(t_ne-t_nc) R_i=(dt_i^0.25)/5.24/A/xi Q=dt/(R_e+R_i) t_h=(t_in+t_is)/2 t_in=Q*(R_w+R_vn)+t_nc t_is=Q*R_i+t_in dt_i=(Q/5.24/A/xi)^(4/3) t_h1=t_h Q/pi/d_e/L_s=(t_ne-t_ns)*anpha_ne Q/pi/d_e/L_n=(t_nn-t_nc)*anpha_nc Phụ lục 2.1: Phần mềm mô phần ngưng t_s=100 delta_t=15 t_wc=t_s-delta_t D_i=2e-3 L_c=0.1 u_i=-(1/volume(steam,t=t_s,x=1)1/volume(steam,t=t_s,x=0))*9.81*delta^2/2/mui_l-to_i/mui_l*delta u_v=4*luuluong_l*volume(steam,t=t_s,x=0)/3.14/(D_i-delta)^2 luuluong_l=1/volume(steam,t=t_s,x=0)*(1/volume(steam,t=t_s,x=0)1/volume(steam,t=t_s,x=1))*9.81*delta^3/3/mui_lto_i/volume(steam,t=t_s,x=0)/2/mui_l*delta^2 (3/32*C1+1/4*C2)*C3*delta^4-to_i/mui_l/nuy_l*(1/9*C1+1/3*C2)*delta^3=x to_i=CONDUCTIVITY(Steam,T=t_s,x=0)*(t_st_wc)/(enthalpy(steam,t=t_s,x=1)-enthalpy(steam,t=t_s,x=0))/delta*abs((u_iu_v))/1000+c_f/volume(steam,t=t_s,x=1)/2*(u_v-u_i)*abs(u_v-u_i) C_p=CP(steam,T=t_s,x=0) mui_l=VISCOSITY(Steam,T=t_s,x=0) nuy_l=VISCOSITY(Steam,T=t_s,x=0)*volume(steam,t=t_s,x=0) C1=1/volume(steam,t=t_s,x=0)*nuy_l*C_p/conductivity(steam,t=t_s,x=0) C2=nuy_l/volume(steam,t=t_s,x=0)*(enthalpy(steam,t=t_s,x=1)enthalpy(steam,t=t_s,x=0))/conductivity(steam,t=t_s,x=0)/(t_s-t_wc)*1000 C3=(1/volume(steam,t=t_s,x=0)-1/volume(steam,t=t_s,x=1))*9.81/mui_l/nuy_l anpha=CONDUCTIVITY(Steam,T=t_s,x=0)/delta nuy_v=VISCOSITY(Steam,T=t_s,x=1)*volume(steam,t=t_s,x=1) Re_v=abs(u_v-u_i)*D_i/nuy_v c_f=16/Re_v delta_N=(4*mui_l*conductivity(steam,t=t_s,x=0)*(t_st_wc)*x*volume(steam,t=t_s,x=0)^2/9.81/(enthalpy(steam,t=t_s,x=1)enthalpy(steam,t=t_s,x=0))/1000)^0.25 anpha_N=CONDUCTIVITY(Steam,T=t_s,x=0)/delta_N N_R=anpha/anpha_N X_dimless=x/L_c ... loại ống nhiệt theo hình dạng ống 1.3 ƯU, NHƯỢC ĐIỂM CỦA ỐNG NHIỆT VÀ ỨNG DỤNG 1.3.1 Ưu, nhược điểm ống nhiệt 1.3.2 Ứng dụng ống nhiệt 1.4 ỨNG DỤNG CỦA ỐNG NHIỆT... đổi nhiệt tích hợp loại ống nhiệt nhỏ Do vậy, đề tài mà luận văn lựa chọn Nghiên cứu chế tạo ống nhiệt loại nhỏ ứng dụng Đối tượng nghiên cứu luận văn phần tử ống nhiệt trọng trường loại nhỏ. .. ống nhiệt theo hình dạng ống Ống nhiệt chế tạo nhiều hình dạng khác nhau: ống nhiệt dạng hình trụ, ống nhiệt dạng hộp, ống nhiệt có phần sôi dạng phẳng 1.3 ƯU, NHƯỢC ĐIỂM CỦA ỐNG NHIỆT VÀ ỨNG DỤNG