Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống
1
/ 44 trang
THÔNG TIN TÀI LIỆU
Thông tin cơ bản
Định dạng
Số trang
44
Dung lượng
3,33 MB
Nội dung
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN HIẾU NGHĨA NGHIÊNCỨUQUÁTRÌNHTRUYỀN NHIỆT-TRUYỀN CHẤTTRONGBÌNHHẤPTHỤCỦAMÁYLẠNHHẤPTHỤ NH3-H2O LOẠILIÊNTỤCPHÙHỢPVỚIĐIỀUKIỆNVIỆTNAM Chuyên ngành: Kỹ thuật nhiệt Mã số chuyên ngành: 62520115 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH NĂM 2017 Cơng 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 CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ Nguyễn Hiếu Nghĩa, Lê Chí Hiệp, Hồng An Quốc, Phân tích lý thuyết thực nghiệm xác định nhiệt độ phát sinh tối ưu máylạnhhấpthụ NH3-H2O sản xuất nước đá Tạp chí Phát triển khoa học công nghệ - Đại học quốc gia TP HCM, số k1, 2017, pp Nguyễn Hiếu Nghĩa, Lê Chí Hiệp, Hồng An Quốc, Nghiêncứu thực nghiệm hoạt động máylạnhhấpthụ NH3-H2O loạiliêntục Tạp chí Năng lượng nhiệt, số 133, 01/2017, pp 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, Mơ số q trìnhhấpthụ màng chảy lên ống tròn nằm ngang cặp lưu chất NH3-H2O Tạp chí Năng lượng nhiệt, số 125, pp 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, Hồ Chí Minh - Việt Nam, 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, Hồ Chí Minh - Việt Nam, 2015, pp.71-78 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, Hồ Chí Minh - Việt Nam, 2013, pp 147-153 10 Nguyễn Hiếu Nghĩa, Lê Chí Hiệp, Phân tích hiệu suất máylạnhhấpthụ ammonia-nước theo điềukiện Tp Hồ Chí Minh Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số 03, 2013, pp 38-46 11 Nguyễn Hiếu Nghĩa, Nghiêncứu chế tạo máylạnhhấpthụloạiliêntục để sản xuất nước đá theo điềukiệnViệtNam Đề tài cấp trường, mã số IUH.KNL01/16, 2016 CHƯƠNG TỔNG QUAN Tổng quan nghiêncứumáylạnhhấpthụ Tổng quan nghiêncứuhấpthụ kiểu màng chảy Đánh giá kết cơng trìnhnghiêncứu cơng bố Lý chọn đề tài 1.4.1 Tầm quan trọnghấpthụBìnhhấpthụ hệ thống lạnhhấpthụ biết đến thành phần quan trọng hệ thống mặt hiệu suất chi phí [71] Diện tích truyềnnhiệthấpthụ chiếm khoảng 40% tổng diện tích truyềnnhiệt hệ thống [48] Chi phí chế tạo hệ thống giảm đáng kể diện tích truyềnnhiệthấpthụ giảm bớt cách nâng cao hiệu truyền nhiệt-truyền chấthấpthụBìnhhấpthụ dạng bọt có hệ số truyềnchất cao nhờ phân phối bọt nhỏ làm cho diện tích bề mặt truyềnchất gia tăng [73] Khó khăn bìnhhấpthụ dạng bọt tốc độ truyềnnhiệt phía dung dịch thấp, kết cấu phức tạp chế tạo khó khăn đòi hỏi cơng nghệ cao Hình 1.1 Các hấpthụ dạng bọt Bìnhhấpthụ dạng màng lỏng ổn định hoạt động có hệ số truyềnnhiệt cao nên giảm kích thước bề mặt giải nhiệt [72] Khó khăn bìnhhấpthụ dạng màng phân phối không dung dịch lỗng, bề mặt giải nhiệt khơng 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 hấpthụ dạng màng Bộ hấpthụ kiểu màng hình 1.2f chọn lựa có kết cấu đơn giản, hiệu suất truyềnnhiệt tốt, chế tạo theo điềukiện cơng nghệ có ViệtNam mà không cần phải nhập dây chuyền sản xuất 1.4.2 Phạm vi nghiêncứu Từ thực tế dải suất sản xuất nước đá có thị trường khả đáp ứng bơm dung dịch, NCS đề xuất ứng dụng cho máylạnhhấpthụ có dải suất lạnh trung bình từ 30÷60 kW, suất làm đá từ 5÷10 tấn/ngày (khoảng 200 kg/mẻ) Đối với dải suất lạnh này, suất bìnhhấpthụ tương ứng khoảng từ 52÷104 kW Việc nghiêncứu q trìnhtruyền nhiệt-truyền chấttrìnhhấpthụhấpthụ 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 máylạnhhấpthụ NH3-H2O có suất lạnh khoảng từ kW đến kW, bìnhhấpthụ tập trung nghiêncứu 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 nghiêncứutrìnhtruyềnnhiệttruyềnchấtbìnhhấpthụmáylạnhhấpthụ NH3-H2O Trong luận án này, cấu tạo bìnhhấpthụ lựa chọn cho phùhợpvớiđiềukiện cơng nghệ sẵn có nước đáp ứng nhu cầu sản xuất nước đá thường gặp thực tế Để thực nghiêncứu nêu trên, NCS Nguyễn Hiếu Nghĩa chế tạo toàn máylạnhhấpthụ NH3-H2O cấp nhiệt điện trở với mục đích thiết lập chế độ hoạt động ổn định đáp ứng yêu cầu nghiêncứu góc độ thực nghiệm Các kết nghiêncứu thực nghiệm đánh giá/so sánh với kết tính tốn từ chương trình mơ Bên cạnh đó, nghiêncứu thực nghiệm dùng để xác định chế độ hoạt động phùhợp cho toàn hệ thống theo điềukiện môi trường ViệtNam Nội dung nghiêncứu tiếp cận với tiêu chất lượng giới, đồng thời bám sát tính thực tiễn ViệtNam Mục tiêu nhiệm vụ nghiêncứu Phân tích lý thuyết nhiệt động máylạnhhấpthụ kết hợpvới thực nghiệm đo đạc mơ hình thực tế cho mục đích sản xuất nước đá Xác định nồng độ dung dịch NH3-H2O nạp phùhợpvớiđiềukiện vận hành nhiệt độ bay yêu cầu Công bố kết hoạt động máylạnhhấpthụ sử dụng cặp môi chất NH3-H2O làm việc liêntục để sản xuất nước đá có phạm vi suất nhỏ theo kết cấu phùhợpvớiđiềukiện công nghệ chế tạo vận hành ViệtNam Thiết lập mối tương quan nhiệt độ phát sinh tối ưu theo nhiệt độ bay môi chấtlạnh bay hơi, ngưng tụ môi chấtlạnhbình ngưng tụ, hấpthụ dung dịch khỏi hấpthụ Bộ hấpthụ gắn với phận khác hệ thống lạnh để có điềukiện hoạt động thực Việc xác định thông số ảnh hưởng đến trìnhhấpthụhấpthụ kiểu màng thực phạm vi đảm bảo cho máylạnhhấpthụ hoạt động ổn định Thiết lập mối quan hệ truyền nhiệt-truyền chấtbìnhhấpthụmáylạnhhấpthụ NH3-H2O loạiliêntục Kết luận Từ ưu điểm tồn nghiêncứu trước, tác giả 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, tác giả nhắm đến đề xuất ứng dụng cho máylạnhhấpthụ có dải suất lạnh trung bình từ 30÷60kW, suất làm đá từ 5÷10tấn/ngày (khoảng 200kg/mẻ) Đối với dải suất lạnh này, bìnhhấpthụ có dải suất tương ứng từ 52÷104kW xác định - Các kết nghiêncứu dùng để tham khảo thiết kế, chế tạo vận hành máylạnhhấpthụđiềukiệnViệtNam Tác giả xác định mục đích đối tượng nghiên cứu: - Việc nghiêncứutrìnhtruyền nhiệt-truyền chấttrìnhhấpthụhấpthụ để nâng cao hiệu thiết bị thực kết hợp phương pháp lý thuyết mô thực nghiệm kiểm tra Trong khuôn khổ luận án này, bìnhhấpthụ tập trung nghiêncứubìnhhấpthụ 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 - Bìnhhấpthụ gắn với phận khác để tạo nên máylạnhhấpthụ hồn chỉnh hoạt động theo điềukiện mơi trường ViệtNam phạm vi nhiệt độ bay môi chấtlạnh bay hơi, ngưng tụ mơi chấtlạnhbình ngưng tụ, hấpthụ dung dịch khỏi bìnhhấp thụ, phát sinh dung dịch bình phát sinh để thực thí nghiệm CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT HẤPTHỤ KIỂU MÀNG CHẢY Chu trìnhlạnhhấpthụ Bộ hấpthụ 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 lỗng đến từ bình phát sinh; NH3 đến từ bình bay hơi; nước giải nhiệt 2.2.2 Mơ hình phương pháp thí nghiệm 2.2.2.1 Mơ hình thí nghiệm 1) Dung dịch lỗng 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 Phương pháp thí nghiệm 2.2.2.2 Bảng 2.1 Ảnh hưởng lưu lượng dung dịch Do (mm) 9,6 2.2.3 Г [kg/(ms)] Dòng Nước giải nhiệt Áp suất (bar) 0,001; 0,005; 0,008; 0,0113; 0,015 Tùy thuộc vào lưu lượng dung dịch lỗng tw= 28÷38oC mw= 8÷18l/m 1,52,5 Kết Nhiệt độ dung dịch loãng vào đặc khỏi hấpthụ Nồng độ dung dịch αf [W/(m2K]; k [W/(m2K]; q (W/m2); hm/s; mf [kg/(m2s)] Phương pháp giải Bộ hấpthụ chùm ống nằm ngang gồm 180 ống có đường kính ngồi 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 lỗng Các thơng số hoạt động máylạnhhấpthụ 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 vớinhiệt 26 độ, nồng độ theo thời gian 14 thí nghiệm để tìm nồng độ nạp phùhợp dung dịch NH3-H2O theo điềukiệnnhiệt độ nước giải nhiệt tc (oC), ta (oC); theo nhiệt độ bay yêu cầu te (oC) Theo TN10, hiệu suất nhiệtmáylạnhhấpthụ 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% phùhợp Hình 4.4 4.5 trình bày hiệu suất nhiệtmáylạnhhấpthụ 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 điềukiện môi trường giải nhiệt, nhiệt độ làm lạnh yêu cầu, suất lạnh gọi nhiệt độ vận hành phùhợp Hình 4.6 Nhiệt độ NH3 khỏi bình phát sinh (t5) Nhiệt độ trung bìnhNH3 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 phùhợp vừa đủ so với suất nhiệt cấp vào bình phát sinh nên hệ số hiệu suất máylạnh COP= 0,436 hệ số hiệu suất làm nước đá COPu= 0,262 đạt cao Ảnh hưởng lưu lượng dung dịch lỗng đến từ bình phát sinh Ảnh hưởng lưu lượng dòng đến từ bay Ảnh hưởng nước giải nhiệt Kết luận Trong chương 4, tác giả xây dựng quy trình hồn thiện từ cách bố trí dụng cụ đo máylạnhhấp thụ, cách thu thập liệu, cách xác định kết ổn định Các kết đo phân tích để kiểm tra hiệu suất máylạnhhấpthụ theo điềukiện hoạt động ổn định nhằm: - Đảm bảo máylạnhhấpthụ hoạt động theo thiết kế ban đầu - Đưa thông số đo đạc điểm nút vào chương trình mơ để xác định hiệu suất máylạnhhấpthụ COP hiệu suất làm lạnh nước muối COPu - Xác định nồng độ dung dịch NH3-H2O nạp phùhợp đạt theo thí nghiệm 31% với hiệu suất máylạnhhấpthụ COP= 0,436 hiệu suất làm lạnh nước muối COPu= 0,262 Nhiệt độ trung bìnhNH3 rời khỏi bình phát sinh t5= 116,5°C Nồng độ trung bình dung dịch lỗng dung dịch đặc 29,14% 34,11% theo TN10 - Xác định ảnh hưởng lưu lượng dòng vào bìnhhấp thụ, nhiệt độ nước giải nhiệt đến hiệu hoạt động máylạnhhấpthụ thực nghiệm Máylạnhhấpthụ 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 mơ lý thuyết Cùng lúc đó, kết đo tạo thành sở liệu sử dụng cho việc phát triển mơ hình sau Những liệu định lượng thảo luận chương dựa phân tích lý thuyết kết hợpvới thực nghiệm CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Chu trìnhlạnhhấpthụ 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 vớinhiệt độ bay môi chấtlạnhNH3 bay hơi, nhiệt độ ngưng tụ môi chấtlạnhNH3 ngưng tụ, nhiệt độ dung dịch NH3H2O khỏi hấpthụNhiệt 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= Hình 5.1 COP nhiệt độ phát sinh nhiệt độ bay [-5, -11, -14, -17, -20] (oC) Nhiệt độ bay môi chấtlạnhNH3 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 hấpthụ 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 hấpthụ 0,4606; 0,4554] nhiệt độ hấpthụ dung dịch NH3-H2O đậm đặc khỏi hấpthụ ta= [28; 30; 32; 34; 36] (oC) Nhiệt độ hấpthụ dung dịch khỏi hấpthụ 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 máylạnh 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 tốn thí nghiệm tục) khơng phải 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 máylạnhhấpthụ 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 phùhợpvới COPExp tNaCl= -10oC÷-19oC Các kết liệu mô máylạnhhấpthụ 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 phùhợpvới tài liệu [78], [92], [93], [85], [86]; điềukiện mô khác phạm vi ảnh hưởng nhiệt độ phận hệ thống khơng hồn tồn tương đương kết mơ tương đồng cho thấy kết chương trình hồn tồn hợp lý Độ sai lệch kết mô 31 máylạnhhấpthụ 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 chấtlạnh bay hơi, ngưng tụ môi chấtlạnhbình ngưng tụ, hấpthụ 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 hấpthụ kiểu màng chảy 5.2.1 Các ảnh hưởng đến trìnhhấpthụ màng chảy Mối quan hệ hệ số truyềnnhiệt k [W/(m2.K)]; hệ số truyềnchất hm (m/s) trìnhhấpthụ theo 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) 32 Nhiệt độ nước giải nhiệt giảm 1oC hệ số truyềnnhiệt tăng 0,87%, hệ số truyềnchất tăng 2,72% Độ phân phối dung dịch giảm hệ số truyềnnhiệt giảm, hệ số truyềnchất 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 truyềnnhiệt tăng 4,13%, hệ số truyềnchất tăng 3,96% Độ phân phối dung dịch giảm hệ số truyềnnhiệt giảm, hệ số truyềnchất 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 truyềnnhiệt giảm 1,78%, hệ số truyềnchất giảm 0,77% Nồng độ dung dịch giảm hệ số truyềnnhiệt tăng, hệ số truyềnchất tăng theo mong muốn Hình 5.7 k hm theo độ phân phối dung dịch 5.2.2 thực tế Mối quan hệ trìnhtruyền nhiệt-truyền chất Mối quan hệ hệ số truyềnnhiệt k [W/(m2.K)]; hệ số truyềnchất hm (m/s) trìnhhấpthụ theo nồng độ dung dịch Cal = 28÷31 (%); Độ phân phối 33 dung dịch theo chiều dài Г= 0,001÷0,015 [kg/(m.s)]; Nhiệt độ nước giải nhiệt tw= 28÷38 (oC) 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 hấpthụ dung dịch NH3-H2O đậm đặc rời khỏi hấpthụ (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 Hình 5.8 Giá trị điểm trạng thái đo 34 Theo tính toán hệ thống, suất nhiệthấpthụ Qa_compute= 3,299 kW Hệ số truyềnnhiệt hàm số mối quan hệ hệ số truyềnnhiệt k [W/(m2.K)] k= f(C; Г; T)= f(0,308; 0,008; 306,3)= 0,951kW/(m2K) Diện tích bề mặt ống giải nhiệthấpthụ Fa= π.0,01.(6.0,18.28)= 0,95m2 Nhưng chảy xuống diện tích dính Hình 5.9 Biến đổi nhiệt độ tải nhiệthấpthụ ướt bị 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 mơ hình 5.9 có Qa_sim= 3,620kW Sai số tính tốn 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% Hệ số truyềnchất hm từ phương trình hồi quy sử dụng giá trị trung bình để tính cho diện tích truyềnnhiệttruyềnchất Hệ số truyềnchất theo phương trình mối quan hệ hệ số truyềnchất 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 truyềnnhiệt k= f(C; Г; P)= f(0,25; 0,008; 2,5)= 0,88kW/(m2K) hệ số truyềnchất hm= f(C; Г; P)= f(0,25; 0,008; 2,5)= 1,65*10^-5m/s 35 Bảng 5.1 Hệ số truyềnnhiệttruyềnchất từ nghiêncứu khác Phân tích Hệ số truyềnnhiệt tổng k (W/(m2.K)) [1] 545-940 [2] 540-1160 [3] 571-831 852 [5] 753-1853 [7] Nghiêncứu 807,6÷1359,9 Hệ số truyềnchất hm (m/s) 2,1944*10^5÷3,2222*10^-5 mf= 0,01453 kg/(m2s) mf= 0,01847 kg/(m2s) 0,55*10^5÷3,31*10^-5 1,461*10^5÷1,867*10^-5 Ghi 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) Г= 0,03÷0,06 [kg/(m.s)]; t= 39,8-49,7 (K); C= 39,6% Do= 9,5mm Cin= 30%; Tw= 306,3K 0,005÷0,015 [kg/(m.s)] (34,5°C); Г= Kết luận Trong chương 5, mơ tìm cho bìnhhấpthụ cho máylạnhhấpthụ so sánh với kết thực nghiệm Bên cạnh đó, hệ số truyềnnhiệt hệ số truyềnchấtnghiêncứu so sánh vớinghiêncứu khác cho thấy phùhợp sau: - Các đường cong hiệu suất máylạnhhấpthụ thể phạm vi khảo sát nhiệt độ bay từ -20oC đến -5oC, nhiệt độ ngưng tụ từ 28oC đến 36oC, nhiệt độ hấpthụ từ 28oC đến 36oC; COP hệ thống giảm 1,1% nhiệt độ bay môi chấtlạnh giảm 1oC; COP hệ thống tăng 0,63% 0,44% nhiệt độ ngưng tụ môi chất giảm 1oC nhiệt độ hấpthụ dung dịch khỏi bìnhhấpthụ giảm 1oC - Mối tương quan nhiệt độ phát sinh tối ưu theo nhiệt độ bay môi chấtlạnh bay khoảng từ -20oC đến -10oC, nhiệt độ ngưng tụ mơi chấtlạnhbình ngưng tụ khoảng từ 30oC đến 35oC, 36 nhiệt độ hấpthụ dung dịch khỏi bìnhhấpthụ khoảng từ 30oC đến 38oC thiết lập - Sai số tính tốn hệ thống Qa_compute so với kết thực nghiệm Qa_meas 1% Sai số kết mô (từ mối quan hệ hệ số truyềnnhiệt k) Qa_sim so với kết thực nghiệm Qa_meas 10,36% - Mật độ phân phối dung dịch giảm (%) hệ số truyềnnhiệt giảm 1,78%, hệ số truyềnchất giảm 0,77% Nhiệt độ nước giải nhiệt giảm 1oC hệ số truyềnnhiệt tăng 0,87%, hệ số truyềnchất tăng 2,72% Nồng độ dung dịch giảm 1% hệ số truyềnnhiệt tăng 4,13%, hệ số truyềnchất tăng 3,96% - Mối quan hệ hệ số truyềnnhiệt k [W/(m2.K)] (5.3) hệ số truyềnchất hm (m/s) (5.4) trìnhhấpthụ 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 Máylạnhhấpthụ Chương trình mơ máylạnhhấpthụ khẳng định phùhợpvới mơ hình thực mặt thiết kế vận hành Ở chế độ sản xuất nước đá, hiệu suất máylạnhhấpthụ giảm mạnh theo nhiệt độ bay nhiệt độ nước muối giảm tNaCl= -16°C trở xuống Nồng độ dung dịch NH3-H2O nạp phùhợp đạt theo thí nghiệm 31% với hiệu suất máylạnhhấpthụ COP= 0,436 hiệu suất làm lạnh nước muối COPu= 0,262 37 Trong phạm vi khảo sát nhiệt độ bay từ -20oC đến -5oC, nhiệt độ ngưng tụ từ 28oC đến 36oC, nhiệt độ hấpthụ từ 28oC đến 36oC; COP hệ thống giảm 1,1% nhiệt độ bay môi chấtlạnh giảm 1oC; COP hệ thống tăng 0,63% 0,44% nhiệt độ ngưng tụ môi chất giảm 1oC nhiệt độ hấpthụ dung dịch khỏi bìnhhấpthụ giảm 1oC Mối tương quan nhiệt độ phát sinh tối ưu theo nhiệt độ bay môi chấtlạnh bay khoảng từ -20oC đến -10oC, nhiệt độ ngưng tụ mơi chấtlạnhbình ngưng tụ khoảng từ 30oC đến 35oC, nhiệt độ hấpthụ dung dịch khỏi bìnhhấpthụ khoảng từ 30oC đến 38oC thiết lập Bộ hấpthụ 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 khỏi ống T= 306,54K (33,4oC), giảm 25,6oC Chênh nhiệt độ mặt tiếp xúc lỏng khỏi ống so vớinhiệt độ vách ống 3,4oC Hệ số truyềnnhiệt lớp màng αiw= 744W/(m2K), hệ số truyềnnhiệt từ mặt tiếp xúc lỏng-hơi vào nước giải nhiệt chảy ống k= 640W/(m2K) Hệ số truyềnchất 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) 38 Khi lưu lượng dung dịch tăng nồng độ trung bình cục lớp màng giảm, nhiệt độ trung bình cục tăng Hệ số truyềnnhiệt tăng mạnh, hệ số truyềnchất tăng tăng lưu lượng dung dịch lớn Γ= 0,0146kg/(m.s) trở lên hệ số truyềnchất tăng Khi tăng lưu lượng dung dịch lỗng làm tăng hệ số truyềnnhiệt đáng kể, hệ số truyềnchất tăng nhẹ Mật độ phân phối dung dịch giảm 1% hệ số truyềnnhiệt giảm 1,78%, hệ số truyềnchất 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 truyềnnhiệt tăng 0,87%, hệ số truyềnchất tăng 2,72% Khi giảm nồng độ dung dịch loãng làm tăng hệ số truyềnnhiệt hệ số truyềnchất tăng mạnh Nồng độ dung dịch giảm 1% hệ số truyềnnhiệt tăng 4,13%, hệ số truyềnchất tăng 3,96% 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 C tăng 0,87% tăng 2,72% C giảm 1% tăng 4,13% tăng 3,96% o Mối quan hệ hệ số truyềnnhiệt k [W/(m2.K)] (5.3) hệ số truyềnchất hm (m/s) (5.4) trìnhhấpthụ với: (i) nồng độ dung dịch Cal khoảng từ 28% đến 31%, (ii) mật độ phân phối dung dịch theo chiều dài Г 39 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 Nghiêncứu tận dụng nguồn nhiệt thải, nguồn lượng tái tạo đốt than, cũi cấp nhiệt cho máylạnhhấpthụ phục vụ mục đích làm lạnh khu vực khác toàn quốc Các nghiêncứu nâng cao hiệu truyềnnhiệttruyềnchất thường thực cho bìnhhấpthụbìnhhấpthụ dạng màng lỏng, dạng bọt, dạng màng lỏng dạng bọt kết hợp Các bìnhhấpthụ gắn với phận khác hệ thống lạnh để có điềukiện hoạt động thực cần tiếp tụcnghiêncứu mở rộng Việc xác định thông số ảnh hưởng đến trìnhhấpthụbìnhhấpthụ dạng màng dạng bọt kết hợp cần tiếp tụcnghiêncứu 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 cơng 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. .. máy lạnh hấp thụ điều kiện Việt Nam Tác giả 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