Nghiên cứu thực nghiệm so sánh máy nén lạnh sử dụng môi chất lạnh r12 và r134a

CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: TS TRẦN VĂN NGŨ Cán chấm nhận xét 1: PGS.TS PHẠM VĂN BÔN Cán chấm nhận xét 2: TS TRỊNH VĂN DŨNG Luận văn thạc só bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Ngày………tháng……….năm…… TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHỊNG ĐAO TẠO SĐH CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc Tp Hồ Chí Minh, ngày 29 tháng 11 năm 2005 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : TRẦN TẤN VIỆT Phái : Nam Ngày, tháng, năm sinh : 10/10/1979 Nơi sinh : Quảng Trị Chuyên ngành : Máy & Thiết Bị Khóa : K13 MSHV : CNHH13.040 ITÊN ĐỀ TÀI : Nghiên cứu thực nghiệm so sánh máy nén lạnh sử dụng môi chất lạnh R12 R134a IINHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG • So sánh lý thuyết tính chất hóa lý, nhiệt lý môi chất lạnhø R134a với R12 • Nghiên cứu thực nghiệm máy nén lạnh sử dụng hai môi chất R12 R134a nhằm xác định suất lạnh công suất động làm sở cho việc so sánh, đánh giá khả điều kiện sử dụng R134a thay cho R12 • Thí nghiệm kiểm chứng mô hình hệ thống lạnh thực III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VU : VCÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS TRẦN VĂN NGŨ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH TS TRẦN VĂN NGŨ Nội dung đề cương luận văn thạc só hội đồng chuyên gnành thông qua Ngày 29 tháng 11 năm 2005 TRƯỞNG PHÒNG ĐT-SĐH TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH Trang i LỜI CẢM ƠN Trước hết, em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn TS Trần Văn Ngũ người Thầy tận tình hướng dẫn giúp đỡ việc hoàn thành luận văn Sự tận tụy Thầy nguồn động viên suốt thời gian thực luận văn Em xin chân thành cảm ơn thầy cô môn Máy & Thiết bị , Khoa Công Nghệ Hóa Học, bạn đồng nghiệp tận tình giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô hội đồng chấm luận văn dành thời gian quý báu để đọc luận văn cho nhận xét bổ ích Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình, nguồn động viên điểm tựa cững hỗ trợ tạo cho nghị lực suốt trình học hoàn thành luận văn LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH: TRẦN TẤN VIỆT Trang ii TÓM TẮT Luận văn tốt nghiệp với đề tài “Nghiên cứu thực nghiệm so sánh máy nén lạnh sử dụng môi chất lạnh R12 R134a “ định hướng vào việc nghiên cứu so sánh tính chất môi chất lạnh R134a R12 sở lý thuyết; nghiên cứu thực nghiệm xác định so sánh suất lạnh, công suất động máy nén dùng R134a R12 Đồng thời tiến hành phân tích, đánh giá khả sử dụng R134a thay R12 cho hệ thống lạnh điều kiện Việt Nam Luận văn thực phòng thí nghiệm môn Máy – Thiết bị, Khoa Công nghệ Hóa Học, Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Nội dung luận văn trình bày phần: - Phần 1: Cơ sở lý thuyết - Phần 2: Thí nghiệm xác định suất lạnh công suất động máy nén sử dụng tác nhân lạnh R12 R134a - Phần 3: So sánh kết thí nghiệm máy nén sử dụng R12& - Phần 4: Kết luận đề suất ý kiến LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH: TRẦN TẤN VIEÄT Trang iii ABSTRACT The content of the project “Practical research on comparing the effects of compressor with different refrigerant R12 and R134a” in this thesis focused on: theory study and comparing the refrigerant R12 and R134a properties; practical study to find out and compare the refrigeration capacity (Qo) and compressor power when it was performed with different refrigerants Furthermore, the replacing possibility of the R134a to the R12 in the refrigeration system in Vietnam was analysed and criticised This project has been done in the Machine and Equipment Laboratory in Department of Chemical Technology, Polytechnic University, Hochiminh City This thesis has four parts as following: • Part one: Theory • Part two: Experimental work to determine the refrigeration capacity (Qo) and compressor power when it was performed with refrigerant R12 and R134a • Part three: Comparing the experimental results • Part four: Conclusion and future work LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH: TRẦN TẤN VIỆT Trang iv MỤC LỤC MỤC LUÏC iv DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH viii DANH SÁCH CÁC BẢNG xix LỜI MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SO SÁNH MÁY NÉN DÙNG MÔI CHẤT LẠNH MỚI R134a THAY THẾ R12 1.1 Mở ñaàu: 1.2 Phân loại máy nén piston 1.3 Tình hình nghiên cứu so sánh máy nén sử dụng môi chất lạnh : Chương SO SÁNH TÍNH CHẤT NHIỆT LÝ VÀ NHIỆT ĐỘNG CỦA R12 & R134a 2.1 Khái quát tính chất Freon R12 2.2 Khaùi quát tính chất R134a 2.3 So saùnh caùc tính chất R12 R134a 2.3.1 So sánh tính chất nhiệt lý môi chất 2.3.2 So sánh tính chất nhiệt động R134a vaø R12 2.3.2.1 So sánh suất lạnh riêng thể tích qv 2.3.2.2 So sánh suất lạnh riêng khối lượng qo 2.3.2.3 So sánh hệ số lạnh 2.3.2.4 So sánh công nén đoạn nhiệt 10 2.3.2.5 So sánh tỷ số nén 11 2.3.2.6 So sánh hiệu áp suất 12 2.3.2.7 So sánh nhiệt độ cuối tầm neùn 13 2.3.2.8 So sánh công suất động máy nén 13 2.4 Khả tương thích với dầu bôi trơn R12 R134a 14 2.4.1 Quan hệ dầu bôi trơn môi chất lạnh .14 2.4.2 Phân loại dầu bôi trơn 14 *Dầu khoáng : 14 *Dầu tổng hợp : 14 2.4.3 Lựa chọn dầu bôi trơn cho loại môi chất 15 Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM MÁY NÉN LẠNH .17 3.1 Khái quát nghiên cứu thí nghiệm máy nén lạnh 17 3.2 Các phương pháp thí nghiệm xác định suất lạnh máy nén 18 3.2.1 Phương pháp 1: Phương pháp dùng bình nhiệt lượng kế có môi chất lạnh bổ sung sôi nhờ điện trở ngưng tụ bề mặt thiết bị bốc 19 3.2.2 Phương pháp 2: Phương pháp dùng nhiệt lượng kế có điện trở đặt lỏng môi chất lạnh 19 LUAÄN VĂN THẠC SĨ HVTH: TRẦN TẤN VIỆT Trang v 3.2.3 Phương pháp 3: Phương pháp dùng thiết bị bốc kiểu trao đổi nhiệt bề mặt để làm nhiệt lượng keá 20 3.2.4 Phương pháp 4: Phương pháp dùng thiết bị ngưng tụ để làm nhiệt lượng kế .20 3.2.5 Phương pháp 5: Phương pháp dùng bình định lượng để đo lưu lượng môi chất lạnh .21 3.2.6 Phương pháp 6: Phương pháp dùng lưu lượng kế để đo lưu lượng tác nhân lạnh .21 3.2.7 Phương pháp 7: Phương pháp dùng thiết bị làm lạnh kiểu khô để làm nhiệt lượng kế 22 3.2.8 Phương pháp 8: Phương pháp sử dụng thiết bị làm lạnh kiểu ướt (có hòa trộn lỏng-hơi) làm nhiệt lượng kế .22 3.2.9 Phng pháp 9: Phương pháp dùng nhiệt lượng kế đường ống đẩy .23 3.2.10 Phương pháp 10: Phương pháp dùng thiết bị đo lưu lương để đo lưu lượng lỏng tác nhân lạnh 23 3.3 Đánh giá chung 24 Chương THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THỰC NGHIEÄM 25 4.1 Mục đích thí nghiệm 25 4.2 Nội dung thí nghiệm 25 4.3 Thieát bị thí nghiệm chuyên dùng 25 4.3.1 Chọn phương án cho mô hình thí nghiệm 25 4.3.2 Mô tả thiết bị thí nghiệm .27 4.4 Nguyeân lý hoạt động dàn thí nghiệm 31 4.5 Nội dung thí nghiệm 32 4.6 Phương pháp xác định suất lạnh 32 4.7 Yêu cầu đối vớ việc sử dụng mô hình thí nghiệm 37 4.7.1 Yêu cầu trang thiết bị, dụng cụ thí nghiệm .37 4.7.2 Bảo quản kỹ thuật an toàn vận hành dàn thí nghiệm .37 4.7.3 Điều kiện làm việc bình thường hệ thống,[3],[6] .37 4.8 Vận hành mô hình thiết bị thí nghiệm 37 4.8.1 Nạp môi chất lạnh cho hệ thoáng .37 4.8.1.1 Thử kín toàn hệ thống hút chân không trước nạp môi chất lạnh 37 4.8.1.2 Nạp tác nhân lạnh 38 4.8.2 Trình tự vận hành dàn thí nghiệm .38 Chương KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT SƠ BỘ .40 5.1 Thí nhiệm khảo sát sơ với R12 40 5.1.1 Kết khảo sát sơ lưu lượng môi chất lạnh 44 5.1.2 Kết khảo sát sơ suất lạnh công suất động máy nén dùng R12 44 5.2 Thí nghiệm khảo sát sơ với R134a 47 LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH: TRẦN TẤN VIỆT Trang vi 5.2.1 Kết khảo sát sơ lưu lượng môi chất lạnh 51 5.2.2 Kết khảo sát sơ suất lạnh máy nén 51 5.2.3 Kết khảo sát sơ công suất động hệ số lạnh máy nén .52 Chương PHƯƠNG PHÁP QUY HOẠCH THƯC NGHIỆM 54 6.1 Cơ sở phương án thực hiện[17],[18] 54 6.2 Xây dựng phương trình hồi quy mô hình thí nghiệm sử dụng R12 54 6.2.1 Quy hoạch thực nghiệm xác định lưu lượng R12 tuần hoàn hệ thống54 6.2.2 Quy hoạch thực nghiệm xác định suất lạnh: 55 6.2.2.1 Thực nghiệm xác định suất lạnh máy nén chế độ nhiệt 55 6.2.2.2 Thực nghiệm xác định suất lạnh máy nén chế độ có nhieät 56 6.2.3 Thực nghiệm xác định công suất động máy nén 57 6.3 Xây dựng phương trình hồi quy thực nghiệm mô hình thí nghiệm sử dụng R134a 58 6.3.1 Quy hoạch thực nghiệm xác định lưu lượng R134a tuần hoàn hệ thống .58 6.3.2 Quy hoạch thực nghiệm xác định suất lạnh máy nén: .59 6.3.2.1 Thực nghiệm xác định suất lạnh máy nén chế độ nhiệt 59 6.3.2.2 Thực nghiệm xác định suất lạnh máy nén chế độ có nhiệt 60 6.3.3 Thực nghiệm xác định công suất động máy nén 61 Chương BIỂU DIỄN VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 63 7.1 Biểu diễn phân tích kết thực nghiệm với R12 63 7.1.1 Lưu lượng môi chất lạnh tuần hoàn hệ thống (Ga) 63 7.1.2 Năng suất lạnh máy nén chế độ nhiệt .64 7.1.3 Năng suất lạnh máy nén chế độ có nhiệt : .64 7.1.4 Công suất động máy nén .67 7.2 Kết nghiên cứu thực nghiệm với R134a 70 7.2.1 Lưu lượng môi chất lạnh tuần hoàn hệ thống 70 7.2.2 Năng suất lạnh máy nén chế độ nhiệt 71 7.2.3 Năng suất lạnh máy nén chế độ có nhiệt phương trình hồi quy71 7.2.4 Công suất động máy nén .74 7.3 So sánh kết tính toán theo phương trình thực nghiệm theo tính toán lý thuyết với kết thí nghiệm 76 7.3.1 So sánh lưu lượng môi chất lạnh hệ thống Ga 77 7.3.2 So sánh kết tính toán xác định suất máy nén hệ thống lạnh hoạt động chế độ không nhiệt lạnh 78 7.3.3 So sánh kết tính toán xác định suất lạnh hệ thống hoạt động chế độ có nhiệt 79 7.3.4 So sánh công suất động máy nén 81 LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH: TRẦN TẤN VIỆT Trang vii Chương SO SÁNH KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM TRÊN MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM SỬ DỤNG R12 VÀ R134A 83 8.1 So sánh lưu lượng môi chất lạnh vận hành hệ thống 83 8.2 So sánh suất lạnh 87 8.2.1 Hệ thống lạnh hoạt động chế độ nhiệt lạnh 87 8.2.2 Hệ thống lạnh hoạt động chế độ có nhiệt 92 8.3 So sánh công suất động máy nén laïnh 104 8.3.1 So sánh công suất động máy nén độ nhiệt ∆tqn =0oC 105 8.3.2 So sánh công suất động máy nén độ nhiệt ∆tqn ≠ 0oC 109 Chương THÍ NGHIỆM KIỂM CHỨNG VÀ SO SÁNH KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VỚI KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TRÊN HỆ THỐNG LẠNH THỰC ( HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRÊN ÔTÔ) .118 9.1 Mô hình thí nghiệm kiểm chứng 118 9.1.1 Mô tả thiết bị thí nghiệm kiểm chứng: 118 9.1.2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ thống lạnh mô hình kiểm chứng 120 9.1.3 Sử dụng mô hình thí nghiệm kiểm chứng 121 9.2 Phương pháp xác định suất lạnh hữu ích: 121 9.2.1 Xác định suất lạnh hữu ích dùng thiết bị bốc làm nhiệt lượng kế121 9.2.2 Xác định suất lạnh qua thông số nhiệt động môi chất lạnh 122 9.2.3 Xác định lưu lượng môi chất lạnh cách dùng thiết bị ngưng tụ làm nhiệt lượng kế 122 9.3 Kết thí nghiệm kiểm chứng mô hình sử dụng môi chất lạnh R12 123 9.3.1 Trường hợp tốc độ gió thiết bị ngưng tụ lớn 2m/s 123 9.3.2 Trường hợp tốc độ gió thiết bị ngưng tụ nhỏ 2m/s 123 9.4 Kết thí nghiệm mô hình sử dụng môi chất lạnh R134a 124 9.4.1 Trường hợp tốc độ gió thiết bị ngưng tụ nhỏ 2m/s 124 9.4.2 Trường hợp tốc độ gió thiết bị ngưng tụ lớn 2m/s 124 LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH: TRẦN TẤN VIỆT Trang viii DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH Hình 2.1a: Đồ thị so sánh suất lạnh riêng thể tích R12 R134a chế độ không lạnh nhieät Hình 2.1b: Đồ thị so sánh suất lạnh riêng thể tích R12 R134a chế độ lạnh nhiệt (∆Tql=5oC, ∆tqn=10oC) Hình 2.2a: Đồ thị so sánh suất lạnh riêng khối lượng R12 R134a chế độ lạnh nhiệt Hình 2.2b: Đồ thị so sánh suất lạnh riêng khối lượng R12 R134a chế độ lạnh nhiệt (∆tql=5oC, ∆tqn=10oC) Hình 2.3 a: Đồ thị so sánh hệ số lạnh ε R12 R134a chế độ lạnh nhiệt 10 Hình 2.3 b: : Đồ thị so sánh hệ số lạnh ε R12 R134a chế độ có lạnh nhiệt (∆tql=5oC, ∆tqn=10oC) 10 Hình 2.4 a: Đồ thị so sánh công nén riêng thể tích R12 R134a chế độ lạnh nhiệt 11 Hình 2.4 b: Đồ thị so sánh công nén riêng thể tích R12 R134a chế độ có lạnh nhiệt (∆tql=5oC, ∆tqn=10oC) 11 Hình 2.5: Đồ thị so sánh tỷ số nén pk/po R12 R134a 12 Hình 2.6: Đồ thị so sánh hiệu số áp suất Pk-Po R12 R134a 12 Hình 2.7 : Đồ thị so sánh nhiệt độ cuối tầm nén T2 R12 R134a chế độ có lạnh nhieät (∆tql=5oC, ∆tqn=10oC) 13 Hình 2.8 a: Đồ thị so sánh công suất động máy nén sử dụng R12 R134a chế độ lạnh nhiệt 13 Hình 2.8 b: : Đồ thị so sánh công suất động máy nén sử dụng R12 R134a chế độ có lạnh nhiệt (∆Tql=5oC, ∆Tqn=10oC) 14 Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý đơn giản thiết bị thí nghiệm 19 Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý đơn giản thiết bị thí nghiệm 20 Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý đơn giản thiết bị thí nghiệm 20 Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý đơn giản thiết bị thí nghiệm 21 Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý đơn giản thiết bị thí nghiệm 21 Hình 3.6 Sơ đồ nguyên lý đơn giản thiết bị thí nghiệm 22 Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý đơn giản thiết bị thí nghiệm 22 Hình 3.8: Sơ đồ nguyên lý đơn giản thiết bị thí nghiệm 23 Hình 3-9: Sơ đồ nguyên lý đơn giản thiết bị thí nghiệm 23 Hình 3-10a: Dùng thiết bị đo lưu lượng đường ống hút 23 Hình 3-10b: Dùng thiết bị đo lưu lượng đường ống đẩy 24 Hình 4.1: Toàn cảnh dàn thí nghiệm chuyên dùng 27 Hình 4.2: Sơ đồ cấu tạo mô hình dàn thí nghiệm chuyên dùng 27 Hình 4.3: Máy nén SD 507 28 Hình 4.4: Các chi tiết máy nén SD-505 28 Hình 4.5: Các thành phần khớp nối điện từ 29 LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH: TRẦN TẤN VIỆT 1.8 1.6 N(kW) N(kW) Trang 116 1.5 tk=45oC-R134a tk=45oC-R12 1.4 tk=50oC-R134a tk=50oC-R12 1.3 1.4 1.2 1.2 1.1 1 pk/po 0.8 10 0.9 12 1.6 10 12 Hình 8.24d Đường đặc tuyến mô tả phụ thuộc N - pk/po chế độ tk=50oC, ∆tqn =15oC N(kW) Hình 8.24c: Đường đặc tuyến mô tả phụ thuộc N - pk/po chế độ tk=45oC, ∆tqn =15oC 1.8 pk/po 0.8 tk=55oC-R134a tk=55oC-R12 1.4 1.2 pk/po 0.8 10 12 Hình 8.24e: Đường đặc tuyến mô tả phụ thuộc N - pk/po chế độ tk=55oC, ∆tqn=15oC tk=35oC-R134a N(kW) 1.8 1.7 45oC 55oC tk=35oC-R12 1.6 45oC 55oC 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 0.9 pk /po 0.8 12 Hình 8.24f: Đường cong đặc tuyến mô tả phụ thuộc N vào tỉ số nén pk/po tk , ∆tqn=15oC LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH: TRẦN TẤN VIỆT Trang 117 Nhận xét: Từ hình 8.16 đến 8.24 chế độ có nhiệt (độ nhiệt ∆tqn≠0) với áp suất ngưng tụ pk ứng với nhiệt độ ngưng tụ tk từ 35oC đến 55oC áp suất bốc po ứng với nhiệt độ bốc to từ -15oC đến 15oC cho thấy: - Trong điều kiện nhiệt độ bốc nhiệt độ ngưng tụ công suất động máy nén sử dụng môi chất lạnh R134a lớn công suất động máy nén sử dụng môi chất R12 Sự chênh lệch dao động khoảng từ 1,03 lần (ứng với trường hợp spá suất ngưng tụ =15bar, áp suất bốc 5,4 bar) cao 1,47 lần (ứng với áp suất ngưng tụ 7bar áp suất bốc 1,7bar) Điều phù hợp với lý thuyết - Khi tăng độ nhiệt công suất động máy nén tăng không nhiều Tỉ lệ công suất động máy nén thay đổi độ nhiệt khoảng 1,1-1,5 lần - Khi tỉ số nén tăng công suất động máy nén giảm LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH: TRẦN TẤN VIỆT Trang 118 Chương THÍ NGHIỆM KIỂM CHỨNG VÀ SO SÁNH KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VỚI KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TRÊN HỆ THỐNG LẠNH THỰC ( HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRÊN ÔTÔ) Kết thí nghiệm giúp ta xây dựng phương trình thực nghiệm để xác định: Năng suất lạnh máy nén lạnh, lưu lượng tác nhân lạnh, công suất động máy nén sử dụng môi chất lạnh R12 R134a - Phương trình hồi quy cho máy nén sử dụng R12 Ga(kg/s) = -2,01.10-3-8,26.10-5pk+8,267.10-3po-2,01.10-4popk Qo (kW)=0,2094-0,0106pk+1,1529po-0,0426popk (Qo)qn(kW) = 0,04771+0,0041pk+1,1885po+0,0201∆tqn-0,0458popk – 0,0036po∆tqn N(kW) = 0,8155 - 0,0121pk + 0,0157po+ 0,0008∆tqn + 0,0081popk + 0,00053po∆tqn Phương trình hồi quy cho máy nén sử dụng R134a Ga (kg/s)= 0.001-2,3.10-4pk+5,22.10-3po-4,7.10-5popk Qo(kW) = 0,2409 - 0,02198pk + 0,8975po- 0,0236popk (Qo)qn(kW)= 0,3716 - 0,033pk + 0,872po+0,0014∆tqn - 0,0214popk + 0,0021po∆tqn N (kW) = 0,9372+ 0,0031pk + 0,03796po+0,0003∆tqn +0,0032popk + 0,003po∆tqn Cùng với việc thí nghiệm mô hình thí nghiệm chuyên dùng để xác định công thức thực nghiệm nêu trên, đề tài tiến hành thực nghiệm khảo sát với máy nén Sanden SD-507 mô hình hệ thống máy lạnh điều hòa không khí xe du lịch với tác nhân R12 tác nhân thay cho R12 R134a 9.1 Mô hình thí nghiệm kiểm chứng 9.1.1 Mô tả thiết bị thí nghiệm kiểm chứng: Mô hình thiết bị kiểm chứng khảo sát suất lạnh hệ thống máy lạnh thiết kế lắp đặt sở máy điều hòa không khí xe ôtô du lịch kết cấu gồm phận sau: ¾ Máy nén ¾ Thiết bị ngưng tụ hay gọi dàn nóng, làm mát không khí ¾ Thiết bị bốc gọi dàn lạnh, làm lạnh không khí trực tiếp ¾ Bình chứa - phin lọc/hút ẩm- mắt gas ¾ Van tiết lưu Mô hình thiết kế theo kiểu dàn trải, nghóa thiết bị xếp lại để quan sát rõ toàn hệ thống -Nguồn điện chiều sử dụng cho hệ thống cung cấp biến áp nguồn 220 VAC-12VDC để tránh phụ thuộc vào nguồn điện chiều sử dụng bình acquy *Thiết bị ngưng tụ: LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH: TRẦN TẤN VIỆT Trang 119 Hình 9.1 : Thiết bị ngưng tụ Thiết bị ngưng tụ sử dụng mô hình loại dàn ngưng giải nhiệt không khí đối lưu cưỡng nhờ quạt gió công suất 70w Thiết bị ngưng tụ thuộc loại có cánh tản nhiệt Môi chất lạnh ống không khí đối lưu bên Các thông số kỹ thuật thiết bị ngưng tụ [catalogue] Ký hiệu ZD _ R902R Nhật Bản sản xuất , hiệu Sanden Chiều cao A=22mm Chiều rộng B=460mm δ=5mm Bề dày Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt S=9m2 * Thiết bị bốc : Hình 9.2 : Thiết bị bốc Nhiệm vụ thiết bị bốc hệ thống điều hòa không khí làm lạnh không khí Trên mô hình, thiết bị bốc loại dàn lạnh không khí đối lưu cưỡng nhờ quạt lồng sóc Đây thiết bị trao đổi nhiệt bề mặt, không khíchuyển động chùm ống, môi chất sôi ống Đây loại thiết bị bốc kiểu gắn treo, có tốc độ gió, quạt lồng sóc 12VAC/9.5A Dàn lạnh có kết cấu gồm nhiều ống đồng , có cánh tản nhiệt phẳng hình chữ nhật làm nhôm liên kết với thành cụm LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH: TRẦN TẤN VIỆT Trang 120 9.1.2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ thống lạnh mô hình kiểm chứng Sơ đồ nguyên lý,cấu tạo hệ thống lạnh mô hình trình bày hình 9.3 hình 9.4 Hình 9.3: Mô hình thiết bị thí nghiệm kiểm chứng Hình 9.4: Sơ đồ nguyên lý thiết bị thí nghiệm kiểm chứng LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH: TRẦN TẤN VIỆT Trang 121 9.1.3 Sử dụng mô hình thí nghiệm kiểm chứng ¾ Trình tự vận hành máy nén mô hình thí nghiệm kiểm chứng sau Cắm phích điện vào điện nguồn 220V , kiểm tra điện áp nguồn 220V Đóng cầu dao điện hệ thống Bật công tắc ổn áp 220V , đo điện áp khỏi ổn áp Cắm phích điện động vào nguồn điện 220V đầu ổn áp Chuyển công tắc biến áp nguồn sang vị trí điện áp 12V DC Theo dõi nguồn điện chiều (bằng cách theo dõi kim thị vôn kế Thông thường nguồn 220V điện áp nguồn điện chiều khoảng 12VDC Bật công tác quạt dàn nóng Bật công tắc dàn lạnh , cho quạt hoạt động tốc độ gió khác phụ thuộc vào mục đích thí nghiệm Bật công tắc điện động điện pha làm việc chế độ không tải (lưu ý ngắt công tắc ly hợp trước vận hành động điện ) đọc điện áp nguồn chiều Vận hành máy nén ¾ Sau thí nghiệm xong , cho hệ thống ngừng hoạt động theo trình tự sau Ngắt công tắc ly hợp điện từ Tắt động Tắt công tắc quạt dàn lạnh Tắt công tắc quạt dàn nóng Tắt biến áp Ngắt cầu dao điện Rút phích cắm điện nguồn 220V 9.2 Phương pháp xác định suất lạnh hữu ích: Mô hình thí nghiệm áp dụng dựa sở phương pháp sử dụng thiết bị bốc thiết bị ngưng tụ làm nhiệt lượng kế 9.2.1 Xác định suất lạnh hữu ích dùng thiết bị bốc làm nhiệt lượng kế Nhiệt lượng mà thiết bị bốc nhận từ không khí đơn vị thời gian (buồng bốc cách nhiệt tốt nên tổn thất nhiệt xem không đáng kể) : (Qo)k = (Qo1)k + (Qo2)n (KW) Trong : - Năng suất làm lạnh phần không khí khô : (KW) (Qo1)k = Wkbh.Fbh.ρkbh.(hk1-hk2) - Năng suất ngưng tụ nước : (KW) (Qo2)n = Gn.( hk1-hn1) + Gn.Cn.(tn2-tn1) ƒ Wkbh : Vận tốc không khí khỏi miệng thiết bị bốc (m/s) ƒ Fbh : Diện tích tiết diện ống dẫn không khí sau thiết bị bốc (m ) LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH: TRẦN TẤN VIỆT Trang 122 ƒ Gn : Lưu lượng nước ngưng tụ (kg/s) ƒ hn1 : Entanpy nước ngưng tụ (kJ/kg) o ƒ hn2 : Nhiệt độ nước vào thiết bị bốc ( C) o ƒ tn1: Nhiệt độ nước ngưng tụ từ thiết bị bốc ( C) ƒ hk1, hk2 : entanpy không khí trước sau thiết bị bốc (kJ/kg) Để xác định hk1 ,đo nhiệt độ bầu khô tk1 nhiệt độ bầu ướt tư1 không khí trước thiết bị bốc ƒ ρkbh : Khối lượng riêng không khí khô (kg/m ) nhiệt độ trung bình ttb = 0,5.(tk1+ tk2) Tra bảng [5] ƒ Cn : Nhiệt dung riêng nước ngưng tụ nhiệt độ bầu ướt tư2 (kJ/kg.oC) 9.2.2 Xác định suất lạnh qua thông số nhiệt động môi chất lạnh (Qo)k = Go (h1 –h4) (KW) ƒ h1 : Entanpy môi chất lạnh khỏi thiết bị bốc (kJ/kg) ƒ h4 : Entanpy môi chất lạnh trước van tiết lưu (kJ/kg) ƒ Go : Lưu lượng môi chất lạnh qua thiết bị bốc (kg/s) Go = (Qo ) k (h1 − h4 ) (kg / s ) 9.2.3 Xác định lưu lượng môi chất lạnh cách dùng thiết bị ngưng tụ làm nhiệt lượng kế Nhiệt lượng mà thiết bị ngưng tụ thải không khí đơn vị thời gian : (Qk)k = Wknt.Fnt.ρknt.( hk4- hk3) (KW) ƒ Wknt : Vận tốc không khí khỏi miệng thiết bị ngưng tụ (m/s) ƒ Fnt : Tiết diện ống dẫn không khí sau thiết bị ngưng tụ (m2) ƒ ρknt : Khối lượng riêng không khí khô (kg/m3) ƒ hk3, hk4 : Entanpy không khí trước sau thiết bị ngưng tụ (kJ/kg) Xác định ρknt hk3 tương tự thiết bị bốc Tương tự xác định lưu lượng môi chất lạnh qua thiết bị ngưng tụ thông số môi chất lạnh : Gk = (Qk ) k (h2 − h3 ) (kg / s ) ƒ h3 : Entanpy môi chất lạnh khỏi thiết bị ngưng tụ (kJ/kg) LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH: TRẦN TẤN VIỆT Trang 123 ƒ h2 : Entanpy môi chất lạnh vào thiết bị ngưng tụ (kJ/kg) ƒ Gk : Lưu lượng môi chất lạnh qua thiết bị ngưng tụ (kg/s) So sánh giá trị tính toán : ∆G = Go − G k 100% < 5% kết đo hợp lý Go 9.3 Kết thí nghiệm kiểm chứng mô hình sử dụng môi chất lạnh R12 Ta tiến hành thí nghiệm với máy nén sử dụng mô hình máy hệ thống lạnh xe du lịch mô tả phần với chế độ vận tốc không khí thiết bị ngưng tụ thiết bị bốc khác Kết thu sau: 9.3.1 Trường hợp tốc độ gió thiết bị ngưng tụ lớn 2m/s Áp suất ngưng tụ pk= 13.662 (bar) Áp suất bốc po=3,20 (bar) Nhiệt độ môi chất lạnh trước thiết bị ngưng tụ: 74,7 (oC) Nhiệt độ môi chất lạnh trước van tiết lưu: 52,6 (oC) Nhiệt độ môi chất lạnh sau van tiết lưu: 16 (oC) Bảng 9.1: Bảng giá trị tính toán trường hợp tốc độ gió thiết bị ngưng tụ lớn 2m/s, sử dụng R12 Thông số Giá trị thí Giá trị tính toán Sai số (%) nghiệm phương trình hồi quy Lưu lượng môi chất lạnh 0,0151 0,014276 tuần hoàn hệ thống Ga(kg/s) Năng suất lạnh máy 1,7935 2,04339 nén Qo(kW) Công suất động 1,0549 1,0958 máy nén N(kW) 9.3.2 Trường hợp tốc độ gió thiết bị ngưng tụ nhỏ 2m/s Áp suất ngưng tụ pk= 15,327 (bar) Áp suất bốc po=3,398 (bar) Nhiệt độ môi chất lạnh trước thiết bị ngưng tụ: 79,9 (oC) Nhiệt độ môi chất lạnh trước van tiết lưu: 60,8 (oC) Nhiệt độ môi chất lạnh sau thiết bị bốc hơi: 17,6 (oC) LUẬN VĂN THẠC SĨ 4,64 1,792 3,52 HVTH: TRẦN TẤN VIỆT Trang 124 Bảng 9.2: Bảng giá trị tính toán trường hợp tốc độ gió thiết bị ngưng tụ nhỏ 2m/s, dử dụng R12 Thông số Giá trị thí Giá trị tính toán Sai số (%) nghiệm phương trình hồi quy Lưu lượng môi chất lạnh tuần hoàn hệ thống Ga(kg/s) Năng suất lạnh máy nén Qo(kW) Công suất động máy neùn N(kW) 0,01442 0,01405 2,67 1,7935 1,88508 1,792 1,0549 1,14650 3,52 9.4 Kết thí nghiệm mô hình sử dụng môi chất lạnh R134a Ta tiến hành thí nghiệm với máy nén Sanden SD-507 sử dụng mô hình máy hệ thống lạnh xe du lịch mô tả phần với chế độ vận tốc không khí thiết bị ngưng tụ thiết bị bốc khác Kết thu sau: 9.4.1 Trường hợp tốc độ gió thiết bị ngưng tụ nhỏ 2m/s Áp suất ngưng tụ pk= 17,92 (bar) Áp suất bốc po=3,4802 (bar) Nhiệt độ môi chất lạnh trước thiết bị ngưng tụ: 78.6 (oC) Nhiệt độ môi chất lạnh trước van tiết lưu: 62 (oC) Nhiệt độ môi chất lạnh sau van tiết lưu: 19 (oC) Bảng 9.3: Bảng giá trị tính toán trường hợp tốc độ gió thiết bị ngưng tụ nhỏ 2m/s, sử dụng R134a Thông số Giá trị thí nghiệm Giá trị tính toán phương trình hồi quy Lưu lượng môi chất lạnh 0,01267 0,01219 tuần hoàn hệ thống Ga(kg/s) 3,0119 2,9502 Năng suất lạnh máy nén Qo(kW) Công suất động 1,3758 1,3197 máy nén N(kW) 9.4.2 Trường hợp tốc độ gió thiết bị ngưng tụ lớn 2m/s Áp suất ngưng tụ pk= 14,819(bar) Áp suất bốc po=3,163 (bar) Nhiệt độ môi chất lạnh trước thiết bị ngưng tụ: 76.6 (oC) Nhiệt độ môi chất lạnh trước van tiết lưu: 52 (oC) LUẬN VĂN THẠC SĨ Sai số (%) 3,93 2,09 4,25 HVTH: TRẦN TẤN VIỆT Trang 125 Nhiệt độ môi chất lạnh sau thiết bị bốc hơi: 18,6 (oC) Bảng 9.4: Bảng giá trị tính toán trường hợp tốc độ gió thiết bị ngưng tụ lớn 2m/s, sử dụng R134a Thông số Giá trị thí Giá trị tính toán Sai số (%) nghiệm phương trình hồi quy Lưu lượng môi chất lạnh tuần hoàn hệ thống Ga(kg/s) Năng suất lạnh máy nén Qo(kW) Công suất động máy nén N(kW) 0,0131 0.01242 3,64 2,6972 2,7781 1,714 1,2919 1,2529 3,11 * Nhận xét: Từ kết số liệu thí nghiệm với hệ thống máy điều hòa không khí xe du lịch với máy nén sử dụng R12 R134a sai lệch kết tính toán phương trình hồi quy thực nghiệm kết thí nghiệm không nhiều (sai lệch 5%) Điều cho thấy tính xác phương trình hồi quy, ta áp dụng phương trình để tính toán xác định suất lạnh công suất động máy nén LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH: TRẦN TẤN VIỆT Trang 126 PHẦN KẾT LUẬN LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH: TRẦN TẤN VIỆT Trang 127 Từ kết nghiện cứu lý thuyết thực nghiệm máy nén dùng R12 R134a đưa số nhận xét kết luận sau: * Về kết nghiên cứu lý thuyết : Tính chất nhiệt lý R12 R134a gần tương đương Tính chất nhiệt động: - Năng suất lạnh riêng thể tích (qv) hai môi chất lạnh R12 R134a chênh lệch không đáng kể, theo quy luật rõ : nhiệt độ bốc to thấp (to0oC) suất lạnh riêng thể tích R134a cao so với R12 - Tỉ số nén (pk/po) hiệu áp suất (pk-po) R134a cao R12, đặc biệt dãy nhiệt độ bốc thấp (to10oC Vì nên ưu tiên sử dụng LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH: TRẦN TẤN VIỆT Trang 128 R134a làm môi chất lạnh cho hệ thống điều hòa không khí sử dụng làm môi chất cho hệ thống làm lạnh nhiệt độ thấp • Đề tài giới hạn nhiệm vụ nghiên cứu chủ yếu so sánh lưu lượng môi chất lạnh, suất lạnh công suất động máy nén dùng R134a R12, chưa có điều kiện nghiên cứu sâu toàn diện khả điều kiện thay R134a cho máy lạnh dùng R12.Đó hướng nghiên cứu đề tài • Tuy nhiên đưa nhận xét bước đầu là: dầu bôi trơn dùng cho R12 hoàn toàn không phù hợp với R134a Máy lạnh dùng R134a thay mặt chức cho máy lạnh dùng R12 nên sử dụng cho hệ thống điều hòa không khí phù hợp Cũng cần quan tâm R134a mặt môi trường R134a không phá hủy tầng ôzôn gây hiệu ứng nhà kính mức độ tương đương R22 Đề tài “ Nghiên cứu thực nghiệm so sánh máy nén lạnh sử dụng R12 R134a thực luận văn vừa có ý nghóa mặt khoa học, vừa có ý nghóa thực tiển ý nghóa sư phạm Ý nghóa khoa học: Đề tài xây dựng sở lý thuyết so sánh môi chất lạnh R134a với R12 xác lập sở lý thuyết cho việc nghiên cứu thực nghiệm máy nén sử dụng môi chất lạnh thay R12, có R134a Ý nghóa thực tiển : Với kết thí nghiệm khảo sát sơ kết nghiên cứu thực nghiệm theo phương pháp quy họach thực nghiệm kết kiểm chứng thực tế, cho phép phân tích, đánh giá, so sánh máy nén dùng R134a với máy nén dùng R12 thông số áp suất ngưng tụ pk, áp suất bốc po, hiệu áp suất pk-po, tỉ số nén pk/po, suất lạnh công suất động máy nén Việc xác lập phương trình thực nghiệm dạng phương trình hồi quy thực nghiệm để phân tích, đánh giá yếu tố ảnh hưởng so sánh máy nén dùng môi chất lạnh khác (trong có R134a R12) hướng đề tài Ý nghóa sư phạm: Mô hình thiết bị thí nghiệm chuyên dùng, thiết bị thí nghiệm kiểm chứng hệ thống điều hòa không khí xe du lịch với phương pháp thí nghiệm áp dụng để thực đề tài luận văn sử dụng công tác đào tạo Đại học Sau đại học, giúp cho sinh viên Đại học học viên cao học tiếp tục nghiên cứu phát triển đề LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH: TRẦN TẤN VIỆT Trang 129 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Văn Ngũ Bài giảng Dụng cụ đo Xuất 1996 [2] Nguyễn Đức Lợi - Phạm Văn Tùy Môi chất lạnh NXB Giáo Dục 1996 [3] Trần Thanh Kỳ Máy Lạnh NXB Giáo Dục 1994 [4] Trần Đức Ba Kỹ thuật lạnh Đại Cương Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM [5] Nguyễn Đức Lợi - Phạm Văn Tùy Kỹ thuật lạnh sở NXB Giáo Dục 1996 [6] Nguyễn Đức Lợi - Phạm Văn Tùy - Đinh Văn Thuận Kỹ thuật lạnh ứng dụng NXB Giáo Dục 1995 [7] Trần Đức Ba , Công nghệ lạnh nhiệt đới NXB Nông Ngiệp 1996 [8] Nguyễn Đức Lợi-Phạm Văn Tùy Tủ lạnh, Máy kem, Máy đá, Máy điều hòa nhiệt độ NXBKH KT 1996 [9] Nguyễn Minh Tuyển Tính toán máy thiết bị hóa chất, tập NXBKH KT Hà Nội 1984 [10] Bộ môn máy Thiết bị khoa công nghệ hóa học – Trường Đại học Bách Khoa TPHCM, Giáo trình Quá trình thiết bị công nghệ hóa học , tập 10 [11] Nguyễn Đức Lợi - Phạm Văn Tùy Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh [12] Trần Hùng Dũng -Trần Văn Nghệ Quá trình thiết bị công nghệ hóa học tập 11, tập 14 Sổ tay Quá trình Thiết bị, tập 1,2 [13] Trung tâm kiểm định kỹ thuật an toàn khu vực II Kỹ thuật an toàn hệ thống lạnh [14] Tạp chí khoa học công nghệ NHIỆT [15] Tạp chí KTTV Văn phòng Ôzôn Môi chất lạnh tự nhiên [16] Trần Văn Ngũ Giáo trình kỹ thuật lạnh [17] X.L AKHNADAROVA,V.V.KAPHAROP-Tối ưu hóa thực nghiệm hóa học kỹ thuật hóa học Người dịch :Nguyễn Cảnh,Nguyễn Đình Xoa – Trường Đại Học Kỹ Thuật TP.HCM-1994 [18] Nguyễn Cảnh-Quy hoạch thực ngiệm Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM [19] Công ty Trane Catalog ĐHKK [20] C.KAJDAS VIỆN HÓA HỌC CÔNG NGHIỆP Dầu Bôi Trơn [21] Sukumar Devotar and Nitin N.Sawant, Shailesh N.Joshi Nation Chemical Loboratory Life Cycle Testing of Hermetic Compressors with Alternatives to CFC-12 [22] International Instute of Refrigeration LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH: TRẦN TẤN VIỆT Trang 130 [23] Arora CP, Refrigeration and Air conditioning-Second Edition, McGraw Hill International Editions – New Delhi 1997 [24] Devotta S and S Gopichand, Comparative assessment of HFC R134a and some refrigerant as alternatives to CFC R12, Int J Refrigeration, Vol 17, No 1,1994 [25] Nazin, A,X, Uzanxky,v,X- Đo lường kỹ thuật lạnh, 11.1986 Tiếng Nga [26] Reid R C, et al, The properties of Gas and Liuids, McGraw-Hill, 1988 LUẬN VĂN THẠC SĨ HVTH: TRẦN TẤN VIỆT ... tài ? ?Nghiên cứu thực nghiệm so sánh máy nén lạnh sử dụng môi chất lạnh R12 R134a “ định hướng vào việc nghiên cứu so sánh tính chất môi chất lạnh R134a R12 sở lý thuyết; nghiên cứu thực nghiệm. .. lý môi chất lạnh? ? R134a với R12 • Nghiên cứu thực nghiệm máy nén lạnh sử dụng hai môi chất R12 R134a nhằm xác định suất lạnh công suất động làm sở cho việc so sánh, đánh giá khả điều kiện sử dụng. .. HÌNH NGHIÊN CỨU SO SÁNH MÁY NÉN DÙNG MÔI CHẤT LẠNH MỚI R134a THAY THẾ R12 1.1 Mở đầu: 1.2 Phân loại máy nén piston 1.3 Tình hình nghiên cứu so sánh máy nén sử dụng môi chất