Nghiên cứu quá trình truyền nhiệt truyền chất trong bình hấp thụ của máy lạnh hấp thụ NH3 h2o loại liên tục phù hợp với điều kiện việt nam (tt)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN HIẾU NGHĨA NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TRUYỀN NHIỆT-TRUYỀN CHẤT TRONG BÌNH HẤP THỤ CỦA MÁY LẠNH HẤP THỤ NH3-H2O LOẠI LIÊN TỤC PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM Chuyên ngành: Kỹ thuật nhiệt Mã số chuyên ngành: 62520115 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH NĂM 2017 Công trình hoàn thành Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM Người hướng dẫn khoa học 1: GS.TS LÊ CHÍ HIỆP Người hướng dẫn khoa học 2: PGS.TS HOÀNG AN QUỐC Phản biện độc lập 1: Phản biện độc lập 2: Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án họp vào lúc ngày tháng năm 2017 Có thể tìm hiểu luận án thư viện: - Thư viện Khoa học Tổng hợp Tp HCM - Thư viện Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ Q A Hoang, H C Le and N H Nguyen, Evaluation of heat and mass transfer coefficients in horizontal tube falling film NH3-H2O absorber, 2017 International Conference on System Science and Engineering (ICSSE), Ho Chi Minh City, Vietnam, 2017, IEEE Xplore, pp 636-641 Nguyễn Hiếu Nghĩa, Lê Chí Hiệp, Hoàng An Quốc, Phân tích lý thuyết thực nghiệm xác định nhiệt độ phát sinh tối ưu máy lạnh hấp thụ NH3-H2O sản xuất nước đá, Tạp chí Phát triển khoa học công nghệ - Đại học quốc gia TP HCM, số k1, 2017, Tr 45-52 Nguyễn Hiếu Nghĩa, Lê Chí Hiệp, Hoàng An Quốc, Nghiên cứu thực nghiệm hoạt động máy lạnh hấp thụ NH3-H2O loại liên tục, Tạp chí Năng lượng nhiệt, số 133, 01/2017, Tr 9-14 N H Nguyen, H C Le and Q A Hoang, Studying optimal generator temperature of single effect NH3-H2O absorption refrigeration machine for icemaking, 2016 International Conference on Cogeneration, Small Power Plants and District Energy (ICUE), Bangkok, 2016, IEEE Xplore, pp 1-7 N H Nguyen, H C Le and Q A Hoang, Evaluating suitable intake NH3-H2O solution concentration of absorption system for ice-making, 2016 3rd International Conference on Green Technology and Sustainable Development, GTSD 2016 - Kaohsiung, Taiwan, pp 274-280 Nghia-Hieu Nguyen, Hiep-Chi Le, Quoc-An Hoang, Simulation of absorption process of the falling film on the horizontal round tube of NH3-H2O pair working fluid, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, pp 116-124, 08/2016 Nguyễn Hiếu Nghĩa, Lê Chí Hiệp, Mô số trình hấp thụ màng chảy lên ống tròn nằm ngang cặp lưu chất NH3-H2O, Tạp chí Năng lượng nhiệt, số 125, Tr 20-24, 09/2015 Nghia-Hieu Nguyen, Hiep-Chi Le, Quoc-An Hoang, Parameters affecting analysis to the absorption process of the falling film on the horizontal round tube of pair working fluid NH3-H2O, Proc of the 4rd international conference on sustainable energy, Innovation for a Green Future, Ho Chi Minh City, Vietnam, 2015, pp 63-71 Nghia-Hieu Nguyen, Hiep-Chi Le, Quoc-An Hoang, Evaluating optimal temperature of single effect NH3-H2O absorption system for ice-making Proc of the 4rd international conference on sustainable energy, Innovation for a Green Future, Ho Chi Minh City, Vietnam, 2015, pp.71-78 10 Nghia-Hieu Nguyen, Hiep-Chi Le, Modeling Single Effect NH3-H2O Absorption Refrigeration System, Proc of the 3rd international conference on sustainable energy, the RISE towards a Green Future, Ho Chi Minh City, Vietnam, 2013, pp 147-153 11 Nguyễn Hiếu Nghĩa, Lê Chí Hiệp, Phân tích hiệu suất máy lạnh hấp thụ ammonia-nước theo điều kiện Tp Hồ Chí Minh, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số 03, 2013, Tr 38-46 12 Nguyễn Hiếu Nghĩa, Nghiên cứu chế tạo máy lạnh hấp thụ loại liên tục để sản xuất nước đá theo điều kiện Việt Nam, Đề tài cấp trường, mã số IUH.KNL01/16, 2016 CHƯƠNG TỔNG QUAN Tổng quan nghiên cứu máy lạnh hấp thụ Tổng quan nghiên cứu hấp thụ kiểu màng chảy Đánh giá kết công trình nghiên cứu công bố Lý chọn đề tài 1.4.1 Tầm quan trọng hấp thụ Bình hấp thụ hệ thống lạnh hấp thụ biết đến thành phần quan trọng hệ thống mặt hiệu suất chi phí [71] Diện tích truyền nhiệt hấp thụ chiếm khoảng 40% tổng diện tích truyền nhiệt hệ thống [48] Chi phí chế tạo hệ thống giảm đáng kể diện tích truyền nhiệt hấp thụ giảm bớt cách nâng cao hiệu truyền nhiệt-truyền chất hấp thụ Bình hấp thụ dạng bọt có hệ số truyền chất cao nhờ phân phối bọt nhỏ làm cho diện tích bề mặt truyền chất gia tăng [73] Khó khăn bình hấp thụ dạng bọt tốc độ truyền nhiệt phía dung dịch thấp, kết cấu phức tạp chế tạo khó khăn đòi hỏi công nghệ cao Hình 1.1 Các hấp thụ dạng bọt Bình hấp thụ dạng màng lỏng ổn định hoạt động có hệ số truyền nhiệt cao nên giảm kích thước bề mặt giải nhiệt [72] Khó khăn bình hấp thụ dạng màng phân phối không dung dịch loãng, bề mặt giải nhiệt không ướt đều, bề mặt giải nhiệt đứng bị chảy dầy Các vấn đề làm cho trở lực truyền chất-truyền nhiệt tăng phía dung dịch Hình 1.2 Các hấp thụ dạng màng Bộ hấp thụ kiểu màng hình 1.2f chọn lựa có kết cấu đơn giản, hiệu suất truyền nhiệt tốt, chế tạo theo điều kiện công nghệ có Việt Nam mà không cần phải nhập dây chuyền sản xuất 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu Từ thực tế dải suất sản xuất nước đá có thị trường khả đáp ứng bơm dung dịch, NCS đề xuất ứng dụng cho máy lạnh hấp thụ có dải suất lạnh trung bình từ 30 ÷ 60kW, suất làm đá từ ÷ 10tấn/ngày (khoảng 200kg/mẻ) Đối với dải suất lạnh này, suất bình hấp thụ tương ứng khoảng từ 52 ÷ 104kW Việc nghiên cứu trình truyền nhiệt-truyền chất trình hấp thụ hấp thụ để nâng cao hiệu thiết bị thực kết hợp phương pháp lý thuyết mô thực nghiệm kiểm tra Trong khuôn khổ luận án này, NCS chế tạo hoàn chỉnh máy lạnh hấp thụ NH3-H2O có suất lạnh khoảng từ 1kW đến 3kW, bình hấp thụ tập trung nghiên cứu có kết cấu kiểu màng, dung dịch NH3-H2O chảy chùm ống song song có đường kính 9,6 mm bố trí nằm ngang 1.4.3 Ý nghĩa khoa học thực tiễn Luận án trình bày nghiên cứu trình truyền nhiệt truyền chất bình hấp thụ máy lạnh hấp thụ NH3-H2O Trong luận án này, cấu tạo bình hấp thụ lựa chọn cho phù hợp với điều kiện công nghệ sẵn có nước đáp ứng nhu cầu sản xuất nước đá thường gặp thực tế Để thực nghiên cứu nêu trên, NCS Nguyễn Hiếu Nghĩa chế tạo toàn máy lạnh hấp thụ NH3-H2O cấp nhiệt điện trở với mục đích thiết lập chế độ hoạt động ổn định đáp ứng yêu cầu nghiên cứu góc độ thực nghiệm Các kết nghiên cứu thực nghiệm đánh giá/so sánh với kết tính toán từ chương trình mô Bên cạnh đó, nghiên cứu thực nghiệm dùng để xác định chế độ hoạt động phù hợp cho toàn hệ thống theo điều kiện môi trường Việt Nam Nội dung nghiên cứu tiếp cận với tiêu chất lượng giới, đồng thời bám sát tính thực tiễn Việt Nam Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu Phân tích lý thuyết nhiệt động máy lạnh hấp thụ kết hợp với thực nghiệm đo đạc mô hình thực tế cho mục đích sản xuất nước đá Xác định nồng độ dung dịch NH3-H2O nạp phù hợp với điều kiện vận hành nhiệt độ bay yêu cầu Công bố kết hoạt động máy lạnh hấp thụ sử dụng cặp môi chất NH3-H2O làm việc liên tục để sản xuất nước đá có phạm vi suất nhỏ theo kết cấu phù hợp với điều kiện công nghệ chế tạo vận hành Việt Nam Thiết lập mối tương quan nhiệt độ phát sinh tối ưu theo nhiệt độ bay môi chất lạnh bay hơi, ngưng tụ môi chất lạnh bình ngưng tụ, hấp thụ dung dịch khỏi hấp thụ Bộ hấp thụ gắn với phận khác hệ thống lạnh để có điều kiện hoạt động thực Việc xác định thông số ảnh hưởng đến trình hấp thụ hấp thụ kiểu màng thực phạm vi đảm bảo cho máy lạnh hấp thụ hoạt động ổn định Thiết lập mối quan hệ truyền nhiệt-truyền chất bình hấp thụ máy lạnh hấp thụ NH3-H2O loại liên tục Kết luận Từ ưu điểm tồn nghiên cứu trước, NCS nhắm đến ý nghĩa khoa học thực tiễn: - Từ thực tế dải suất sản xuất nước đá có thị trường khả đáp ứng bơm dung dịch, NCS nhắm đến đề xuất ứng dụng cho máy lạnh hấp thụ có dải suất lạnh trung bình từ 30 ÷ 60kW, suất làm đá từ ÷ 10tấn/ngày (khoảng 200kg/mẻ) Đối với dải suất lạnh này, bình hấp thụ có dải suất tương ứng từ 52 ÷ 104kW xác định - Các kết nghiên cứu dùng để tham khảo thiết kế, chế tạo vận hành máy lạnh hấp thụ điều kiện Việt Nam NCS xác định mục đích đối tượng nghiên cứu: - Việc nghiên cứu trình truyền nhiệt-truyền chất trình hấp thụ hấp thụ để nâng cao hiệu thiết bị thực kết hợp phương pháp lý thuyết mô thực nghiệm kiểm tra Trong khuôn khổ luận án này, bình hấp thụ tập trung nghiên cứu bình hấp thụ kiểu màng với dung dịch NH3-H2O chảy chùm ống song song nằm ngang, có đường kính ống giải nhiệt kiểm tra 9,6mm, tương ứng với suất lạnh khoảng từ 1kW đến 3kW - Bình hấp thụ gắn với phận khác để tạo nên máy lạnh hấp thụ hoàn chỉnh hoạt động theo điều kiện môi trường Việt Nam phạm vi nhiệt độ bay môi chất lạnh bay hơi, ngưng tụ môi chất lạnh bình ngưng tụ, hấp thụ dung dịch khỏi bình hấp thụ, phát sinh dung dịch bình phát sinh để thực thí nghiệm CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT HẤP THỤ KIỂU MÀNG CHẢY Chu trình lạnh hấp thụ Bộ hấp thụ kiểu màng chảy 2.2.1 Các ảnh hưởng đến hiệu truyền nhiệt-truyền chất Các ảnh hưởng bao gồm kết cấu; chế độ chảy dung dịch loãng vào ống giải nhiệt; lưu lượng, nồng độ, nhiệt độ dung dịch loãng đến từ bình phát sinh; NH3 đến từ bình bay hơi; nước giải nhiệt 2.2.2 2.2.2.1 Mô hình phương pháp thí nghiệm Mô hình thí nghiệm 1) Dung dịch loãng NH3 ngược chiều Ống giải nhiệt có đường kính Φ9,6mm bước dọc tối ưu 20mm; bước ngang 13mm 2) Diện tích mặt tiếp xúc lỏng lớn dung dịch loãng nhiễu lan rộng ống giải nhiệt 3) Để tăng phân phối đồng dòng dung dịch loãng cách khoan lỗ Φ1,2mm thẳng hàng; bước lỗ 4mm 2.2.2.2 Phương pháp thí nghiệm Bảng 2.1 Ảnh hưởng lưu lượng dung dịch Do(mm) 9,6 2.2.3 Г[kg/(m.s)] 0,001; 0,005; 0,008; 0,0113; 0,015 Dòng Nước giải nhiệt Tùy thuộc vào lưu lượng dung dịch loãng tw = 28 ÷ 38oC mw = ÷ 18l/m P(bar) 1,5 ÷ 2,5 Kết Nhiệt độ dung dịch loãng vào đặc khỏi hấp thụ Nồng độ dung dịch αf[W/(m2.K]; k[W/(m2.K]; q(W/m2); h(m/s); mf[kg/(m2.s)] Phương pháp giải Bộ hấp thụ chùm ống nằm ngang gồm 180 ống có đường kính 9,6mm Mỗi ống dài 18cm Các ống bố trí song song thành 30 hàng ống Hàng ống đỉnh hàng ống đáy hàng ống phân phối dung dịch loãng Các thông số hoạt động máy lạnh hấp thụ 14 thí nghiệm tổng hợp bảng 4.1 Bảng 4.1 COP/COPu thí nghiệm Exp Ci, (%) V8 / V13/ V2, (l/m) 20 >tNaCl ≥ 10, (oC) 10 >tNaCl ≥ 0, (oC) >tNaCl ≥ -10 (oC) -10 >tNaCl ≥ tlim ( o C) 20 >tNaCl≥ tlim, (oC) Note 29,5 1,39/81,72/ 1,36 0,393/ 0,169 0,406/ 0,134 0,406/ 0,17 0,405/ 0,237 0,403/ 0,178 tlim =-17 oC; V8 low and V13 high (4/08/2016) 29,5 0,65/92,21/ 1,11 0,453/ 0,26 0,447/ 0,216 0,432/ 0,13 x 0,444/ 0,202 tlim =-9 oC; V8 very low and V13 very high (6/08/2016) 29,5 0,53/86,43/ 0,08 0,431/ 0,22 0,427/ 0,195 0,423/ 0,162 0,422/ 0,088 0,425/ 0,166 tlim =-14 oC; V8 very low and V13 high (10/08/2016) 30 0,54/ 83,28/ 11,9 0,45/ 0,228 0,449/ 0,179 0,438/ 0,144 0,425/ 0,113 0,441/ 0,167 tlim =-16 oC; V8 very low and V13 high (11/08/2016) 30 1,12/ 73,63/ 1,37 0,43/ 0,263 0,43/ 0,248 0,419/ 0,18 0,408/ 0,126 0,421/ 0,204 tlim =-17 oC; V8 low and V13 low (31/07/2016) 30 0,94/ 84,47/ 1,35 0,445/ 0,246 0,434/ 0,204 0,421/ 0,202 0,416/ 0,193 0,429/ 0,21 tlim =-17,5 oC; V8 low and V13 high (28/07/2016) 31 1,1/ 79,3/ 1,31 0,432/ 0,263 0,421/ 0,21 0,415/ 0,201 0,404/ 0,228 0,418/ 0,21 tlim =-18 oC; V8 low and V13 low (14/07/2016) 31 0,81/ 97,32/ 1,33 0,452/ 0,298 0,445/ 0,26 0,428/ 0,12 x 0,442/ 0,226 tlim =-8 oC; V8 low and V13 very high (15/07/2016) 31 2,27/ 72,9/ 2,65 0,412/ 0,308 0,399/ 0,238 0,393/ 0,212 0,389/ 0,102 0,398/ 0,215 tlim =-17,5 oC; V8 high and V13 low (19/07/2016) 10 31 0,78/ 77,75/ 1,21 0,438/ 0,34 0,444/ 0,321 0,437/ 0,289 0,425/ 0,097 0,436/ 0,262 tlim =-18 oC; V8 medium and V13 suitable medium (23/07/2016) 11 31 1,83 / 96,8 / 2,1 0,434/ 0,307 0,426/ 0,272 0,424/ 0,204 0,412/ 0,149 0,424/ 0,233 tlim =-15 oC; V8 medium and V13 high (25/07/2016) 12 32,5 0,99/ 66/ 1,2 0,429/ 0,173 0,426/ 0,131 0,413/ 0,102 x 0,423/ 0,135 tlim =-7 oC; V8 low and V13 very low (12/08/2016) 13 32,5 2,13/ 61,86/ 2,3 0,329/ 0,156 0,314/ 0,106 0,318/ 0,091 x 0,32/ 0,119 tlim =-6 oC; V8 high and V13 very low (13/08/2016) 14 32 1,81/65,3/ 1,91 0,369/ 0,22 0,368/ 0,161 0,364/ 0,155 0,358/ 0,071 0,365/ 0,154 tlim =-14 oC; V8 high and V13 very low (17/08/2016) Theo bảng 4.1, nồng độ khối lượng dung dịch NH3-H2O nạp phạm vi từ 29,5% đến 32,5% Các đồ thị biểu diễn mối quan hệ COP COPu với nhiệt 26 độ, nồng độ theo thời gian 14 thí nghiệm để tìm nồng độ nạp phù hợp dung dịch NH3-H2O theo điều kiện nhiệt độ nước giải nhiệt tc(oC), ta(oC); theo nhiệt độ bay yêu cầu te(oC) Theo TN10, hiệu suất nhiệt máy lạnh hấp thụ COP = 0,436 hiệu suất làm lạnh nước muối COPu = 0,262 đạt cao nhất; nhiệt độ nước muối giới hạn tlim = 18oC Nồng độ dung dịch nạp Ci = 31% phù hợp Hình 4.4 4.5 trình bày hiệu suất nhiệt máy lạnh hấp thụ COP hiệu suất làm lạnh nước muối COPu TN7 TN10 Hình 4.5 Nhiệt độ, COP theo thí nghiệm 10 Hình 4.4 Nhiệt độ, COP theo thí nghiệm Để có chế độ vận hành ổn định, nguồn nhiệt phải đáp ứng cho dung dịch NH3H2O sôi nhiệt độ ổn định theo điều kiện môi trường giải nhiệt, nhiệt độ làm lạnh yêu cầu, suất lạnh gọi nhiệt độ vận hành phù hợp Hình 4.6 Nhiệt độ NH3 khỏi bình phát sinh (t5) Nhiệt độ trung bình NH3 rời khỏi bình phát sinh t5 theo thí nghiệm từ 1, 6, 10, 13, 14 123,2; 118,2; 116,6; 107,7; 103,7(°C) Nhiệt độ NH3 rời khỏi bình phát sinh t5 theo thí nghiệm từ tăng nhiều lớn 27 suất lạnh sử dụng điều chỉnh chế độ thấp suất nhiệt cấp vào Ở thí nghiệm 10, dòng NH3 dòng dung dịch lỏng phù hợp vừa đủ so với suất nhiệt cấp vào bình phát sinh nên hệ số hiệu suất máy lạnh COP = 0,436 hệ số hiệu suất làm nước đá COPu = 0,262 đạt cao Ảnh hưởng lưu lượng dung dịch loãng đến từ bình phát sinh Ảnh hưởng lưu lượng dòng đến từ bay Ảnh hưởng nước giải nhiệt Kết luận Trong chương 4, NCS xây dựng quy trình hoàn thiện từ cách bố trí dụng cụ đo máy lạnh hấp thụ, cách thu thập liệu, cách xác định kết ổn định Các kết đo phân tích để kiểm tra hiệu suất máy lạnh hấp thụ theo điều kiện hoạt động ổn định nhằm: - Đảm bảo máy lạnh hấp thụ hoạt động theo thiết kế ban đầu - Đưa thông số đo đạc điểm nút vào chương trình mô để xác định hiệu suất máy lạnh hấp thụ COP hiệu suất làm lạnh nước muối COPu - Xác định nồng độ dung dịch NH3-H2O nạp phù hợp đạt theo thí nghiệm 31% với hiệu suất máy lạnh hấp thụ COP = 0,436 hiệu suất làm lạnh nước muối COPu= 0,262 Nhiệt độ trung bình NH3 rời khỏi bình phát sinh t5 = 116,5°C Nồng độ trung bình dung dịch loãng dung dịch đặc 29,14% 34,11% theo TN10 - Xác định ảnh hưởng lưu lượng dòng vào bình hấp thụ, nhiệt độ nước giải nhiệt đến hiệu hoạt động máy lạnh hấp thụ thực nghiệm Máy lạnh hấp thụ kiểm tra theo ứng dụng nhiệt độ thấp cách hạ dung dịch nước muối xuống -19oC Các kết đo sử dụng để đánh giá độ sai 28 lệch mô lý thuyết Cùng lúc đó, kết đo tạo thành sở liệu sử dụng cho việc phát triển mô hình sau Những liệu định lượng thảo luận chương dựa phân tích lý thuyết kết hợp với thực nghiệm CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Chu trình lạnh hấp thụ 5.1.1 Nhiệt độ vận hành hệ thống Sự thay đổi hệ số hiệu suất nhiệt theo nhiệt độ vận hành dung dịch NH3-H2O bình phát sinh với nhiệt độ bay môi chất lạnh NH3 bay hơi, nhiệt độ ngưng tụ môi chất lạnh NH3 ngưng tụ, nhiệt độ dung dịch NH3H2O khỏi hấp thụ Nhiệt độ bay thấp nhiệt độ phát sinh khởi động cao, COP cực đại thấp Theo hình 5.1, tc = 32oC; ta = 33oC Nhiệt độ phát sinh tối ưu đạt tg_opt = [97, 107, 112, 117, 123](oC) tương ứng với hệ số hiệu suất nhiệt tối ưu COPopt = [0,5291; 0,4931; 0,4763; 0,46; 0,4456] nhiệt độ bay te = [-5, Hình 5.1 COP nhiệt độ phát sinh nhiệt độ bay 11, -14, -17, -20](oC) Nhiệt độ bay môi chất lạnh NH3 giảm 1oC COP giảm 1,1% 29 Hình 5.2 COP nhiệt độ phát sinh nhiệt độ ngưng tụ Nhiệt độ ngưng tụ thấp, hệ thống có nhiệt độ phát sinh khởi động thấp, COP cực đại cao Theo hình 5.2, te = -16oC; ta = 33oC Nhiệt độ phát sinh tối ưu đạt tg_opt = [111; 113; 116; 118; 121](oC) tương ứng với hệ số hiệu suất nhiệt tối ưu COPopt = [0,4768; 0,4711; 0,4654; 0,46; 0,4545] nhiệt độ ngưng tụ NH3 tc = [28; 30; 32; 34; 36](oC) Nhiệt độ ngưng tụ môi chất giảm 1oC COP tăng 0,63% Nhiệt độ hấp thụ thấp, hệ thống có nhiệt độ phát sinh khởi động thấp, COP cực đại cao Theo hình 5.3, tc = 32oC; ta = -16oC Nhiệt độ phát sinh tối ưu đạt tg_opt = [109; 111; 114; 116; 119](oC) tương ứng với hệ số hiệu suất nhiệt tối ưu COPopt = [0,4771; 0,4714; 0,4665; Hình 5.3 COP nhiệt độ phát sinh nhiệt độ hấp thụ 0,4606; 0,4554] nhiệt độ hấp thụ dung dịch NH3-H2O đậm đặc khỏi hấp thụ ta = [28; 30; 32; 34; 36](oC) Nhiệt độ hấp thụ dung dịch khỏi hấp thụ giảm 1oC COP tăng 0,44% 30 5.1.2 Đánh giá độ sai lệch so với kết thực nghiệm Theo hình 5.4, hệ số hiệu suất máy lạnh khảo sát dung dịch nước muối làm lạnh từ -10oC đến -19oC Đoạn biểu diễn COPtheory nhiệt độ nước muối từ nhiệt độ môi trường 30oC tới 10oC (đường COPtheory không liên Hình 5.4 So sánh COP theo lý thuyết tính toán thí nghiệm tục) đoạn kiểm tra Đoạn biểu diễn COPtheory nhiệt độ dung dịch nước muối từ -10oC tới -19oC (đường COPtheory liên tục), COPtheory = 0,43 so với thực nghiệm COPExp = 0,425, sai số trung bình 1,2% Sai số COPtheory COPExp tNaCl = 30oC ÷ -10oC lớn giai đoạn theo lý thuyết máy lạnh hấp thụ làm việc chế độ nhiệt độ làm lạnh cao COP lớn COPExp có từ chế độ nhiệt độ làm lạnh thấp (chế độ làm nước đá) COPtheory giảm xuống dần nhiệt độ nước muối giảm phù hợp với COPExp tNaCl = -10oC ÷ -19oC Các kết liệu mô máy lạnh hấp thụ NH3-H2O cấp phạm vi làm nước đá so sánh với mô từ nhiều báo khoa học khác giới so sánh với [4], sai số 2% đường đặc tính COP gần trùng So với [6] sai số 7% Tương tự, đồ thị mô phù hợp với tài liệu [78], [92], [93], [85], [86]; điều kiện mô khác phạm vi ảnh hưởng nhiệt độ phận hệ thống không hoàn toàn tương đương kết mô tương đồng cho thấy kết chương trình hoàn toàn hợp lý Độ sai lệch kết mô 31 máy lạnh hấp thụ NH3-H2O so với kết thực nghiệm xác định thông qua hệ số hiệu suất nhiệt hệ thống (COP) 5.1.3 Nhiệt độ phát sinh tối ưu Mối tương quan nhiệt độ phát sinh tối ưu theo nhiệt độ ngưng tụ, hấp thụ, bay phận hệ thống thiết lập phương pháp hồi quy đa thức Phương trình ứng dụng phạm vi nhiệt độ bay môi chất lạnh bay hơi, ngưng tụ môi chất lạnh bình ngưng tụ, hấp thụ dung dịch khỏi hấp thụ, phát sinh dung dịch bình phát sinh (-20oC < te < -10oC, 30oC < tc < 35oC, 30oC < ta < 38oC, 95oC < tg < 125oC) tg = 12,6796 – 3,0104*te + 3,0812*tc + 0,0350*te*tc – 0,0103*te^2 – 0,0216*tc^2 (5.1) tg = 237,3176 + 18,9164*te – 6,0848*tc – 5,9778*ta – 0,6652*te*tc – 0,6449*te*ta + 0,2696*tc*ta + 0,0206*te*tc*ta – 0,0103*te^2 – 0,0216*tc^2 – 0,0184*ta^2 (5.2) Ví dụ: tg, opt = f(te, tc ,ta ) = f(-18, 35, 35)= 123,76 C o Bộ hấp thụ kiểu màng chảy 5.2.1 Các ảnh hưởng đến trình hấp thụ màng chảy Mối quan hệ hệ số truyền nhiệt k[W/(m2.K)]; hệ số truyền chất hm(m/s) trình hấp thụ với: (i) nồng độ dung dịch Cal khoảng từ 28% đến 31%, (ii) mật độ phân phối dung dịch theo chiều dài Г khoảng từ 0,001[kg/(m.s)] đến 0,03[kg/(m.s)] (iii) nhiệt độ nước giải nhiệt T khoảng từ 301K đến 311K khảo sát 32 Nhiệt độ nước giải nhiệt giảm 1oC hệ số truyền nhiệt tăng 0,87%, hệ số truyền chất tăng 2,72% Độ phân phối dung dịch giảm hệ số truyền nhiệt giảm, hệ số truyền chất giảm theo mong muốn thực tế Hình 5.5 k hm theo nhiệt độ nước giải nhiệt Nồng độ dung dịch giảm 1% hệ số truyền nhiệt tăng 4,13%, hệ số truyền chất tăng 3,96% Độ phân phối dung dịch giảm hệ số truyền nhiệt giảm, hệ số truyền chất giảm theo mong muốn thực tế Hình 5.6 k hm theo nồng độ dung dịch Độ phân phối dung dịch giảm 1% hệ số truyền nhiệt giảm 1,78%, hệ số truyền chất giảm 0,77% Nồng độ dung dịch giảm hệ số truyền nhiệt tăng, hệ số truyền chất tăng theo mong muốn Hình 5.7 k hm theo độ phân phối dung dịch thực tế 33 5.2.2 Mối quan hệ trình truyền nhiệt-truyền chất Mối quan hệ hệ số truyền nhiệt k[W/(m2.K)]; hệ số truyền chất hm(m/s) trình hấp thụ với: (i) nồng độ dung dịch Cal khoảng từ 28% đến 31%, (ii) mật độ phân phối dung dịch theo chiều dài Г khoảng từ 0,001[kg/(m.s)] đến 0,03[kg/(m.s)] (iii) nhiệt độ nước giải nhiệt T khoảng từ 301K đến 311K thiết lập sau: k = A + B.ω + C.Г + D.Twall + E.ω.Г – F.ω.Twall + G.Г.Twall + H.ω.Г.Twall + E.ω^2 + G.Г^2 + K.Twall^2 (5.3) hm = A + B.ω + C.Г + D.Twall + E.ω.Г – F.ω.Twall + G.Г.Twall + H.ω.Г.Twall + E.ω^2 + G.Г^2 + K.Twall^2 5.2.3 (5.4) Đánh giá độ sai lệch so với kết thực nghiệm Theo hình 5.8, liệu đầu vào bao gồm nhiệt độ ngưng tụ NH3 (tc = 34,5oC), nhiệt độ hấp thụ dung dịch NH3-H2O đậm đặc rời khỏi hấp thụ (ta = 36,6oC), nhiệt độ bay NH3 bay (te = -19oC), suất điện cấp vào Psupply = 3,76kW, nhiệt độ phát sinh dung dịch bình phát sinh tg = 120oC 34 Hình 5.8 Giá trị điểm trạng thái đo Theo tính toán hệ thống, suất nhiệt hấp thụ Qa_compute = 3,299 kW Hệ số truyền nhiệt hàm số mối quan hệ hệ số truyền nhiệt k = f(C; Г; T) = f(0,308; 0,008; 306,3) = 0,951kW/(m2K) Diện tích bề mặt ống giải nhiệt hấp thụ Fa = π.0,01.(6.0,18.28) = 0,95m2 Nhưng chảy xuống diện tích dính ướt bị Hình 5.9 Biến đổi nhiệt độ tải nhiệt hấp thụ thu hẹp không dần nên diện tích bề mặt ống giải nhiệt thực 0,69m Nhiệt dung riêng dòng NH3 Cp_ammo = 2,72kJ/(kg.K) Hệ số phân phối phụ thuộc vào lưu lượng dung dịch loãng cấp vào ϕГ= 0,6 Theo kết mô hình 5.9 có Qa_sim = 3,620kW Sai số tính toán hệ thống Qa_compute so với kết thực nghiệm Qa_meas 1% Sai số kết mô Qa_sim so với kết thực nghiệm Qa_meas 10,3% 35 Hệ số truyền chất hm từ phương trình hồi quy sử dụng giá trị trung bình để tính cho diện tích truyền nhiệt truyền chất Hệ số truyền chất theo phương trình mối quan hệ hệ số truyền chất hm = f(C; Г; T) = f(0,308; 0,009234; 306,3) = 1,611*10^-5m/s Theo Sangsoo Lee cộng [7] tìm hệ số truyền nhiệt k = f(C; Г; P) = f(0,25; 0,008; 2,5) = 0,88kW/(m2.K) hệ số truyền chất hm = f(C; Г; P) = f(0,25; 0,008; 2,5) = 1,65*10^-5m/s Bảng 5.1 Hệ số truyền nhiệt truyền chất từ nghiên cứu khác Phân tích Hệ số truyền nhiệt tổng k[W/(m2.K)] [1] 545 ÷ 940 [2] 540 ÷ 1160 [3] 571 ÷ 831 2,1944*10^-5 3,2222*10^-5 852 [5] 753 ÷ 1853 [7] Nghiên cứu 807,6 1359,9 Hệ số truyền chất hm(m/s) ÷ Ghi ÷ mf = 0,01453kg/(m2.s) mf = 0,01847kg/(m2.s) 0,55*10^-5 ÷ 3,31*10^-5 1,461*10^-5 ÷ 1,867*10^-5 Do = 1,575mm; Di = 1,168mm m = 0,0151 ÷ 0,0266(kg/s); t = 52°C, 81°C; C = 28 ÷ 35(%) Do = 1,575mm; Di = 1,168mm Г = 0,00138 ÷ 0,005[kg/(m.s)] Do = 15,88; 12,7; 9,52(mm) Sim Г = 0,008 ÷ 0.05[kg/(m.s)] Exp Г = 0,0143 ÷ 0,0303[kg/(m.s)] m = 0,0095 ÷ 0,0191(kg/s); t = 39,8 ÷ 49,7(K); C = 39,6% Do = 9,5mm Cin = 30%; Tw = 306,3K; Г = 0,005 ÷ 0,015[kg/(m.s)] Kết luận Trong chương 5, mô tìm cho bình hấp thụ cho máy lạnh hấp thụ so sánh với kết thực nghiệm Bên cạnh đó, hệ số truyền nhiệt hệ số truyền chất nghiên cứu so sánh với nghiên cứu khác cho thấy phù hợp sau: 36 - Các đường cong hiệu suất máy lạnh hấp thụ thể phạm vi khảo sát nhiệt độ bay từ -20oC đến -5oC, nhiệt độ ngưng tụ từ 28oC đến 36oC, nhiệt độ hấp thụ từ 28oC đến 36oC; COP hệ thống giảm 1,1% nhiệt độ bay môi chất lạnh giảm 1oC; COP hệ thống tăng 0,63% 0,44% nhiệt độ ngưng tụ môi chất giảm 1oC nhiệt độ hấp thụ dung dịch khỏi bình hấp thụ giảm 1oC - Mối tương quan nhiệt độ phát sinh tối ưu theo nhiệt độ bay môi chất lạnh bay khoảng từ -20oC đến -10oC, nhiệt độ ngưng tụ môi chất lạnh bình ngưng tụ khoảng từ 30oC đến 35oC, nhiệt độ hấp thụ dung dịch khỏi bình hấp thụ khoảng từ 30 oC đến 38oC thiết lập - Sai số tính toán hệ thống Qa_compute so với kết thực nghiệm Qa_meas 1% Sai số kết mô (từ mối quan hệ hệ số truyền nhiệt k) Qa_sim so với kết thực nghiệm Qa_meas 10,36% - Mật độ phân phối dung dịch giảm (%) hệ số truyền nhiệt giảm 1,78%, hệ số truyền chất giảm 0,77% Nhiệt độ nước giải nhiệt giảm 1oC hệ số truyền nhiệt tăng 0,87%, hệ số truyền chất tăng 2,72% Nồng độ dung dịch giảm 1% hệ số truyền nhiệt tăng 4,13%, hệ số truyền chất tăng 3,96% - Mối quan hệ hệ số truyền nhiệt k[W/(m2.K)] (5.3) hệ số truyền chất hm(m/s) (5.4) trình hấp thụ với: (i) nồng độ dung dịch Cal khoảng từ 28% đến 31%, (ii) mật độ phân phối dung dịch theo chiều dài Г khoảng từ 0,001[kg/(m.s)] đến 0,03[kg/(m.s)] (iii) nhiệt độ nước giải nhiệt T khoảng từ 301K đến 311K thiết lập CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Máy lạnh hấp thụ 37 Chương trình mô máy lạnh hấp thụ khẳng định phù hợp với mô hình thực mặt thiết kế vận hành Ở chế độ sản xuất nước đá, hiệu suất máy lạnh hấp thụ giảm mạnh theo nhiệt độ bay nhiệt độ nước muối giảm tNaCl = -16°C trở xuống Nồng độ dung dịch NH3-H2O nạp phù hợp đạt theo thí nghiệm 31% với hiệu suất máy lạnh hấp thụ COP = 0,436 hiệu suất làm lạnh nước muối COPu = 0,262 Trong phạm vi khảo sát nhiệt độ bay từ -20oC đến -5oC, nhiệt độ ngưng tụ từ 28oC đến 36oC, nhiệt độ hấp thụ từ 28oC đến 36oC; COP hệ thống giảm 1,1% nhiệt độ bay môi chất lạnh giảm 1oC; COP hệ thống tăng 0,63% 0,44% nhiệt độ ngưng tụ môi chất giảm 1oC nhiệt độ hấp thụ dung dịch khỏi bình hấp thụ giảm 1oC Mối tương quan nhiệt độ phát sinh tối ưu theo nhiệt độ bay môi chất lạnh bay khoảng từ -20oC đến -10oC, nhiệt độ ngưng tụ môi chất lạnh bình ngưng tụ khoảng từ 30oC đến 35oC, nhiệt độ hấp thụ dung dịch khỏi bình hấp thụ khoảng từ 30 oC đến 38oC thiết lập Bộ hấp thụ kiểu màng Lưu lượng khối lượng phân bố Γ = 0,005kg/(m.s) Thành phần vận tốc u xuất lớn dần, đạt cực đại ¼ ống (umax = 0,0504m/s) lúc thành phần vận tốc v nhỏ bề dày lớp màng đạt cực tiểu δmin = 0,0096*10^-3m theo chiều dòng chảy Nồng độ trung bình lớp màng sau khỏi ống C = 0,3637; tăng 0,0687 Nhiệt độ trung bình lớp màng sau khỏi ống T = 304K (31oC), giảm 12,8oC Nhiệt độ mặt tiếp xúc lỏng-hơi sau 38 khỏi ống T = 306,54K (33,4oC), giảm 25,6oC Chênh nhiệt độ mặt tiếp xúc lỏng khỏi ống so với nhiệt độ vách ống 3,4oC Hệ số truyền nhiệt lớp màng αiw = 744W/(m2.K), hệ số truyền nhiệt từ mặt tiếp xúc lỏng-hơi vào nước giải nhiệt chảy ống k = 640W/(m2K) Hệ số truyền chất trung bình hm = 1,4699*10^-5m/s theo trục ε (x) Trong phạm vi của: nồng độ dung dịch Cal = 28 ÷ 31(%); Độ phân phối dung dịch theo chiều dài Г = 0,005 ÷ 0,015[kg/(m.s)]; Nhiệt độ nước giải nhiệt tw = 28 ÷ 38(oC) Khi lưu lượng dung dịch tăng nồng độ trung bình cục lớp màng giảm, nhiệt độ trung bình cục tăng Hệ số truyền nhiệt tăng mạnh, hệ số truyền chất tăng tăng lưu lượng dung dịch lớn Γ = 0,0146kg/(m.s) trở lên hệ số truyền chất tăng Khi tăng lưu lượng dung dịch loãng làm tăng hệ số truyền nhiệt đáng kể, hệ số truyền chất tăng nhẹ Mật độ phân phối dung dịch giảm 1% hệ số truyền nhiệt giảm 1,78%, hệ số truyền chất giảm 0,77% Nhiệt độ nước giải nhiệt giảm nồng độ trung bình lớp màng khỏi ống tăng, nhiệt độ trung bình lớp màng khỏi ống giảm Nhiệt độ nước giải nhiệt giảm 1oC hệ số truyền nhiệt tăng 0,87%, hệ số truyền chất tăng 2,72% Khi giảm nồng độ dung dịch loãng làm tăng hệ số truyền nhiệt hệ số truyền chất tăng mạnh Nồng độ dung dịch giảm 1% hệ số truyền nhiệt tăng 4,13%, hệ số truyền chất tăng 3,96% 39 Bảng 6.1 Các ảnh hưởng đến k hm Biến k[W/(m2.K)] hm(m/s) Г giảm 1% giảm 1,78% giảm 0,77% tw giảm 1oC tăng 0,87% tăng 2,72% C giảm 1% tăng 4,13% tăng 3,96% Mối quan hệ hệ số truyền nhiệt k[W/(m2.K)] (5.3) hệ số truyền chất hm(m/s) (5.4) trình hấp thụ với: (i) nồng độ dung dịch Cal khoảng từ 28% đến 31%, (ii) mật độ phân phối dung dịch theo chiều dài Г khoảng từ 0,001[kg/(m.s)] đến 0,03[kg/(m.s)] (iii) nhiệt độ nước giải nhiệt T khoảng từ 301K đến 311K thiết lập Kiến nghị Nghiên cứu tận dụng nguồn nhiệt thải, nguồn lượng tái tạo đốt than, cũi cấp nhiệt cho máy lạnh hấp thụ phục vụ mục đích làm lạnh khu vực khác toàn quốc Các nghiên cứu nâng cao hiệu truyền nhiệt truyền chất thường thực cho bình hấp thụ bình hấp thụ dạng màng lỏng, dạng bọt, dạng màng lỏng dạng bọt kết hợp Các bình hấp thụ gắn với phận khác hệ thống lạnh để có điều kiện hoạt động thực cần tiếp tục nghiên cứu mở rộng Việc xác định thông số ảnh hưởng đến trình hấp thụ bình hấp thụ dạng màng dạng bọt kết hợp cần tiếp tục nghiên cứu chuyên sâu 40 ... thực tiễn Luận án trình bày nghiên cứu trình truyền nhiệt truyền chất bình hấp thụ máy lạnh hấp thụ NH3- H2O Trong luận án này, cấu tạo bình hấp thụ lựa chọn cho phù hợp với điều kiện công nghệ sẵn... đến trình hấp thụ hấp thụ kiểu màng thực phạm vi đảm bảo cho máy lạnh hấp thụ hoạt động ổn định Thiết lập mối quan hệ truyền nhiệt -truyền chất bình hấp thụ máy lạnh hấp thụ NH3- H2O loại liên tục. .. hành máy lạnh hấp thụ điều kiện Việt Nam NCS xác định mục đích đối tượng nghiên cứu: - Việc nghiên cứu trình truyền nhiệt -truyền chất trình hấp thụ hấp thụ để nâng cao hiệu thiết bị thực kết hợp