Mô hình hoá quá trình truyền nhiệt và xác định trường nhiệt độ của ống nhiệt mao dẫn mini

Mô hình hoá quá trình truyền nhiệt và xác định trường nhiệt độ của ống nhiệt mao dẫn mini Mô hình hoá quá trình truyền nhiệt và xác định trường nhiệt độ của ống nhiệt mao dẫn mini Mô hình hoá quá trình truyền nhiệt và xác định trường nhiệt độ của ống nhiệt mao dẫn mini luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

Bộ giáo dục đào tạo Trường đại học bách khoa hµ néi  luận văn thạc sĩ khoa học Mô hình hoá trình truyền nhiệt xác định tr­êng nhiƯt ®é cđa èng nhiƯt mao dÉn mini Ngun Duy thảo Người hướng dẫn: PGS TS Hà mạnh thư Hà nội 2007 Lời cảm ơn Sau thời gian học tập, đà hoàn thành Luận văn thạc sĩ khoa học Đây kết nỗ lực, phấn đấu, làm việc khẩn trương nghiêm túc thân, nhiên kết không giúp đỡ nhà trường, thầy, bạnVì xin phép cảm ơn: Ban giám hiệu trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Trung tâm Đào tạo Sau Đại học, Viện Khoa học Công nghệ Nhiệt - Lạnh, Trung tâm kỹ thuật TC - ĐL CL đà tạo điều kiện thuận lợi cho suốt trình học tập trình hoàn thành luận văn Tôi xin gửi tới PGS TS Hà Mạnh Thư lòng biết ơn sâu sắc, thầy đà hết lòng hướng dẫn, giúp đỡ hoàn thiện luận văn Tôi muốn tỏ lòng biết ơn chân thành người thân, anh, chị đồng nghiệp đà có góp ý, lời khuyên, giúp đỡ nhiệt tình trình thực luận văn Lời cam đoan Luận văn trực tiếp nghiên cứu thực hướng dẫn thầy giáo PGS TS Hà Mạnh Thư Để hoàn thành luận văn này, sử dụng tài liệu tham khảo đà liệt kê phần Tài liệu tham khảo Mục lục Trang Lời cảm ơn Lời cam đoan Mơc lơc Danh mơc c¸c ký hiƯu, c¸c chữ viết tắt Danh mục hình, đồ thị Danh mục bảng Mở đầu Chương Giới thiệu, phân loại ứng dụng ống nhiệt 10 12 1.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động ống nhiệt 12 1.2 Phân loại ống nhiệt 13 1.3 øng dơng cđa èng nhiƯt Ch­¬ng Lý thut tÝnh toán ống nhiệt 20 28 2.1 Chu trình nhiệt động ống nhiệt 28 2.2 Phân tích chu trình động lùc häc 29 2.3 Lùa chän m«i chÊt-vËt liƯu tính toán thiết kế 30 2.4 Giới hạn mao dẫn 37 2.5 Trun nhiƯt èng nhiƯt mao dÉn 53 2.6 Các giới hạn ống nhiệt 56 2.7 Nhiệt trở ống nhiệt 60 Chương Tính toán lý thuyết Sơ đồ thiết bị thí nghiệm 66 3.1 Mục đích 66 3.2 Tính toán lý thuyết 67 3.3 Sơ đồ thiết bị thí nghiệm 78 Chương Mô hình toán học ống nhiệt Giới thiệu thiết bị thí nghiệm 4.1 Phương trình vi phân dẫn nhiệt vách ống nhiệt 4.2 Hệ số toả nhiệt phần sôi ống nhiệt hoạt động 4.3 Chế độ nhiệt không ổn định ống nhiệt 4.4 Các bước tiến hành lựa chọn thiết bị thí nghiệm Chương Số liệu thí nghiệm phân tích kết 5.1 Phương pháp xử lý kết 5.2 Đánh giá sai số 5.3 Sự ảnh hưởng góc nghiêng tới công suất tới hạn 79 79 81 83 85 103 103 105 106 cđa èng nhiƯt mao dÉn 5.4 ChÕ độ khởi động ống nhiệt Chương Những đóng góp đề xuất nghiên cứu 6.1 Những đóng góp luận án 6.2 Đề xuất nghiên cứu Tài liệu tham khảo Phụ lục 113 115 115 116 117 119 Giải thích ký hiệu Ký hiÖu ý nghÜa A - DiÖn tÝch Bo - HÖ sè s«i C - H»ng sè Co Cn Cp d Thứ nguyên m2 - Hệ số đối lưu - Nhiệt dung riêng nước - Nhiệt dung riêng đẳng áp - §­êng kÝnh J.kg-1 K-1 J.kg-1 K-1 m f - HƯ sè nhít g - Gia tèc träng tr­êng m.s-2 h - HƯ sè to¶ nhiƯt W/m2K Fr K k L P Pr - Tiªu chn Froude - DiƯn tÝch thÊm cđa bÊc - HƯ sè trun nhiƯt - ChiỊu dài - áp suất m2 W.m-1.K-1 M N.m-2 m - Tiªu chn Prandtl - L­u khèi N - Sè nót m-1 q - Dßng nhiƯt W Ma R R - Sè mach - H»ng sè chÊt khÝ - NhiÖt trở R - Điện trở r - Bán kính Re T - Tiêu chuẩn Renol - Nhiệt độ kg.s-1 J.mol-1.K-1 m2.K.W-1 Ω m o C ∆T x y δ σ ∀ τ θ γ τ λ µ ρ ψ χ - Độ chênh nhiệt độ - Vị trí toạ độ theo trục hoành - Vị trí toạ độ theo trục tung - Chiều dày - Sức căng bề mặt - §é xèp cđa bÊc - øng st tr­ỵt - Gãc mao dÉn o C m m m N.m-1 N.m2 o - Số mũ đoạn nhiệt - Thời gian s - Độ nhớt động học N.s.m-2 - Nhiệt ẩn bay - Khối lượng riêng - Góc tạo trục hoành J.kg-1 Kg.m-3 o - Đổ ẩm Chỉ số a b c - Đoạn nhiệt - Sôi - Mao dÉn, d­íi h¹n mao dÉn, ng­ng tơ e - Đối lưu đặc trưng - Lôi cuốn, bay f - Nhít CBD eff h - HiƯu dơng - N­íc i - Trong l - Láng m, max - Lín nhÊt p, hp ph NBD r o - èng - Biến đổi pha - Bọt đặc trưng - Bán kÝnh - Ngoµi TP - Hai pha  - Däc trục ,v + - - Bán kính Danh mục hình ý nghĩa TT Hình 1.1 1.2 1.3.1 1.3.2 1.3.3 1.3.4 1.3.5 1.3.6 1.4 10 1.5 11 1.6 12 1.7 13 1.8 ống nhiệt sử dụng kỹ thuật vũ trụ 24 14 2.1 Chu trình động lực học ống nhiệt hoạt động 29 15 2.2 16 2.2.1 17 2.2.2 18 2.3 19 2.4 Gãc dÝnh ­ít chất lỏng 20 2.5 Bán kính mặt cong chất lỏng 41 21 2.6 Thay đổi bán kính cong chiều dài ống nhiệt 42 Cấu tạo ống nhiƯt CÊu tróc èng nhiƯt träng tr­êng CÊu tróc èng nhiƯt mao dÉn Trang 12 13 èng nhiƯt ly t©m làm mát động điện 14 nhiệt tải 17 Một số loại ống nhiệt đặc biệt có khả điều chỉnh Một số loại ống nhiệt đặc biệt có khả đìêu chỉnh dòng Một số loại ống nhiệt đặc biệt có khả đìêu chỉnh dòng lỏng 15 18 18 Một số loại ống nhiệt đặc biệt có phần lạnh lỏng 19 Thiết bị trao đổi nhiệt khói không khí ống nhiệt 21 ống nhiệt ứng dụng để làm mát thiết bị điện tử ống nhiệt ứng dụng để hút ẩm Sử dụng ống nhiệt hệ thống điều hòa không khí Một số cấu trúc bấc thường gặp Một số cấu trúc bấc đặc biệt Hình ảnh chụp thực tế số loại bấc Sức căng bề mặt chÊt láng 22 24 26 34 35 35 38 39 22 2.7 B¸n kÝnh mao dÉn cđa bÊc 23 2.8 24 2.9 25 2.10 Quá trình chất lỏng sôi thể tích 26 2.11 Quá trình truyền nhiệt cấu trúc bấc 27 2.12 Giới hạn nhiệt độ h¬i èng nhiƯt 28 2.13 NhiƯt trë cđa èng nhiƯt mao dÉn 29 3.1 B¶n vÏ chi tiÕt cÊu trúc bấc 30 3.2 Sơ đồ thiết bị thí nghiệm 78 31 3.3 Mô hình thực nghiệm 78 32 4.1 33 4.2 34 4.3 Sơ đồ nạp môi chất làm việc cho ống nhiệt 35 4.4 Xoắn dây cặp nhiÖt 36 4.5 37 5.1.1 38 5.1.2 39 5.2.1 40 5.2.2 41 5.3.1 Phân bố áp suất ngưng tụ bay điển hình ống nhiệt Tổn thất áp suất toàn chiều dài ống nhiệt ống nhiệt hệ toạ độ x,y Thay đổi nhiệt độ vách ống theo thời gian Sơ đồ gắn vị trí cặp nhiệt Sự thay đổi nhiệt độ theo chiều dài èng nhiƯt 01 Ψ=0o Sù thay ®ỉi nhiƯt ®é theo chiỊu dµi èng nhiƯt 02 Ψ=0o Sù thay đổi nhiệt độ công suất cấp vào thay đổi ống nhiệt Sự thay đổi nhiệt độ công suất cấp vào thay đổi ống nhiệt Sự thay đổi nhiệt trở công suất cấp vào thay đổi èng 43 43 45 53 54 60 61 69 80 85 87 89 92 107 107 109 109 109 nhiÖt 42 5.3.2 Sự thay đổi nhiệt trở công suất cấp vào thay đổi ống 109 nhiệt 43 5.4 44 5.5 C«ng st nhiƯt lín nhÊt thay đổi góc nghiêng So sánh công suất nhiệt lớn thay đổi góc nghiêng 110 111 Mô hình toán học ống nhiệt nhỏ tinh toán thực nghiêm xác định công suất nhiệt lớn t a = 30oC; Ψ = 90o PHô LôC 20 HP2 T[o C] 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 Q=13,1W Q=17,3W Q=26,8W Q=28,9W 30 60 62 90 118 125 140 180 220 25 27 L[m] Sù thay đổi nhiệt độ theo chiều dài ống nhiệt T [oC] 90 80 Te 70 Tc 60 Ta 50 40 30 20 10 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 26 28 29 30Q [W] Sự thay đổi nhiệt độ theo công suất nhiƯt cÊp vµo R [K/W] Rthe Rthc Rth 2.0 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 12.0 14.0 16.0 18.0 20.0 Sù thay ®ỉi nhiƯt trë công suất cấp vào thay đổi 22.0 24.0 26.0 28.0 Q [W] 30.0 Mô hình toán học ống nhiệt nhỏ tinh toán thực nghiêm xác định công suất nhiệt lín nhÊt t a = 40oC; Ψ = 0o PHơ LôC 21 HP2 T[oC] 95 Q=8,7W Q=12,9W Q=15,4W Q=17,1W Q=18,7W 85 75 65 55 45 35 Bay 25 Đoạn nhiệt Ngưng 15 30 60 62 90 118 125 140 180 220 L[M] Sù thay ®ỉi nhiƯt ®é theo chiỊu dµi cđa èng nhiƯt T [oC] 90 Te Tc 70 Ta 50 30 10 11 13 15 17 19 Q [W] Rthc Rth Sù thay ®ỉi nhiƯt ®é theo công suất nhiệt cấp vào Rthe R [K/W] 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 10 13 Sự thay đổi nhiệt trở công suất cấp vào thay đổi 16 19Q [W] Mô hình toán học ống nhiệt nhỏ tinh toán thực nghiêm xác định công st nhiƯt lín nhÊt t a = 40oC; Ψ = 30o PHô LôC 22 HP2 T[oC] 95 Q=12,5W 85 Q=18,3W 75 Q=27.7W 65 Q=29,8W 55 45 35 25 Bay Đoạn Nhiệt Ngưng 15 30 60 62 90 118 125 140 180 220 L[m] Sù thay ®ỉi nhiƯt ®é theo chiỊu dµi cđa èng nhiƯt T [oC] 110 Te 90 Tc Ta 70 50 30 10 Q [W] 11 14 17 20 23 26 29 Sù thay ®ỉi nhiƯt ®é theo công suất nhiệt cấp vào R [K/W] Rthe Rthc Rth 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 11 14 17 20 Sự thay đổi nhiệt trở công suất cấp vào thay đổi 23 26 29 Q [W] Mô hình toán học ống nhiệt nhỏ tinh toán thực nghiêm xác định công suất nhiệt lớn t a = 40oC; Ψ = 45o PHô LôC 23 HP2 T[oC] 100 90 Q=19,0W 80 Q=21,3W 70 Q=30,3W Q=32,0W 60 50 40 30 Bay 20 Đoạn Nhiệt Ngưng 10 30 60 62 90 118 125 140 220 L[m] 180 Sự thay đổi nhiệt độ theo chiều dài ống nhiÖt T [oC] 110 Te 90 Tc Ta 70 50 30 10 18 21 24 27 30 33 Q [W] Sự thay đổi nhiệt độ theo công suất nhiệt cấp vµo R [K/W] Rthe Rthc Rth 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 18 21 24 Sù thay ®ỉi nhiệt trở công suất cấp vào thay đổi 27 30 33 Q [W] Mô hình toán học ống nhiệt nhỏ tinh toán thực nghiêm xác định công suất nhiƯt lín nhÊt t a = 40oC; Ψ = 75o PHô LôC 24 HP2 T[oC] 100 Q=12,5W 90 Q=21,3W 80 Q=28,6W 70 Q=29,8W 60 50 40 30 Bay 20 30 Đoạn Nhiệt 60 62 90 118 Ngưng 125 140 180 220 L[m] Sù thay ®ỉi nhiƯt ®é theo chiỊu dµi cđa èng nhiƯt T [oC] 110 Te 90 Tc Ta 70 50 30 10 12 15 18 21 24 27 Q [W] 30 Sù thay ®ỉi nhiƯt ®é theo công suất nhiệt cấp vào R [K/W] Rthe Rthc Rth 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 12 15 18 Sự thay đổi nhiệt trở công suất cấp vào thay đổi 21 24 27 30 Q [W] Mô hình toán học ống nhiệt nhỏ tinh toán thực nghiêm xác định công suất nhiệt lớn t a = 40oC; Ψ = 90o PHô LôC 25 HP2 T[oC] 100 Q=12,5W 90 Q=21,3W 80 Q=28,1W 70 Q=29,4W 60 50 40 30 Bay Đoạn Nhiệt Ngưng 20 30 60 62 90 118 125 140 180 220 L[m] Sù thay ®ỉi nhiƯt ®é theo chiỊu dµi cđa èng nhiƯt T [oC] 110 Te 90 Tc Ta 70 50 30 10 11 14 17 20 23 32Q [W] 26 29 Rthe Rthc 26 29 Sự thay đổi nhiệt độ theo công st nhiƯt cÊp vµo R [K/W] Rth 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 11 14 17 20 Sù thay đổi nhiệt trở công suất cấp vào thay đổi 23 32Q [W] Mô hình toán học ống nhiệt nhỏ tinh toán thực nghiêm xác định công suất nhiƯt lín nhÊt t a = 50oC; Ψ = 0o PHô LôC 26 HP2 T[oC] 95 85 Q=12,9W Q=17,1W Q=22,5W Q=23,0W Q=24,7W 75 65 55 45 35 Bay 25 Đoạn nhiệt Ngưng 15 30 60 62 90 118 125 140 180 220 L[M] Sù thay ®ỉi nhiƯt ®é theo chiỊu dµi cđa èng nhiƯt T [oC] 90 Te Tc 70 Ta 50 30 10 11 13 15 17 19 21 23 Q [W] 25 Sù thay ®ỉi nhiƯt ®é theo công suất nhiệt cấp vào Rthe R [K/W] 3.5 Rthc Rth 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 11 14 17 Sự thay đổi nhiệt trở công suất cấp vào thay đổi 20 23 26 29Q [W] Mô hình toán học ống nhiệt nhỏ tinh toán thực nghiêm xác định công suất nhiệt lớn t a = 50oC; Ψ = 30o PHô LôC 27 HP2 T[oC] 100 Q=16,2W 90 Q=25,0W 80 Q=31,5W 70 Q=38,8W 60 50 40 30 Bay 20 30 Đoạn Nhiệt 60 62 90 118 Ngưng 125 140 180 220 L[m] Sù thay ®ỉi nhiƯt ®é theo chiỊu dµi cđa èng nhiƯt T [oC] 110 Te 90 Tc Ta 70 50 30 10 Q [W] 15 18 21 24 27 30 33 36 39 Sự thay đổi nhiệt độ theo công suất nhiệt cÊp vµo R [K/W] Rthe Rthc Rth 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 15 18 21 24 Sù thay đổi nhiệt trở công suất cấp vào thay đổi 27 30 33 36 39 Q [W] Mô hình toán học ống nhiệt nhỏ tinh toán thực nghiêm xác định công suất nhiệt lớn t a = 50oC; Ψ = 45o PHô LôC 28 HP2 T[oC] 100 Q=19,0W 90 Q=27,7W 80 Q=36,9W Q=40,4W 70 60 50 40 Bay 30 Đoạn Nhiệt Ngưng 20 30 60 62 90 118 125 140 220 L[m] 180 Sù thay ®ỉi nhiệt độ theo chiều dài ống nhiệt T [oC] 90 Te Tc 70 Ta 50 30 10 18 21 24 27 30 33 36 Q [W] 42 39 Sù thay đổi nhiệt độ theo công suất nhiệt cấp vào R [K/W] Rthe Rthc Rth 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 18 21 24 27 Sù thay ®ỉi nhiệt trở công suất cấp vào thay đổi 30 33 36 39 Q [W] Mô hình toán học ống nhiệt nhỏ tinh toán thực nghiêm xác định công st nhiƯt lín nhÊt t a = 50oC; Ψ = 75o PHô LôC 29 HP2 T[oC] 100 90 Q=17,1W 80 Q=25,8W 70 Q=36,8W Q=40,4W 60 50 40 30 Bay Đoạn Nhiệt Ngưng 20 30 60 62 90 118 125 140 180 220 L[m] Sù thay ®ỉi nhiƯt ®é theo chiỊu dµi cđa èng nhiƯt T [oC] 110 Te 90 Tc Ta 70 50 30 10 16 19 22 25 28 31 34 37 40 Q [W] Sù thay ®ỉi nhiệt độ theo công suất nhiệt cấp vào R [K/W] Rthe Rthc Rth 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 16 19 22 25 28 Sù thay ®ỉi nhiƯt trở công suất cấp vào thay đổi 31 34 37 40 Q [W] Mô hình toán học ống nhiệt nhỏ tinh toán thực nghiêm xác định công suất nhiƯt lín nhÊt t a = 50oC; Ψ = 90o PHô LôC 30 HP2 T[oC] 100 Q=18,7W 90 Q=25,8W 80 Q=36,1W 70 Q=39,3W 60 50 40 30 Bay Đoạn Nhiệt Ngưng 20 30 60 62 90 118 125 140 220L[m] 180 Sự thay đổi nhiệt độ theo chiều dài cđa èng nhiƯt T [oC] 110 Te 90 Tc Ta 70 50 30 10 17.0 20.0 23.0 26.0 29.0 32.0 35.0 38.0 41.0 Q [W] Sù thay ®ỉi nhiƯt ®é theo công suất nhiệt cấp vào R [K/W] Rthe Rthc Rth 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 17.0 20.0 23.0 26.0 Sự thay đổi nhiệt trở công suất cấp vào thay đổi 29.0 32.0 35.0 38.0 41.0 Q [W] Mô hình toán học ống nhiệt nhỏ tinh toán thực nghiêm xác định công suất nhiệt lớn Bộ phận gia nhiệt: Bình điều nhiệt khô Jupiter 650S Bé phËn gia nhiƯt: ThiÕt bÞ nung ( Insert) Mô hình toán học ống nhiệt nhỏ tinh toán thực nghiêm xác định công suất nhiệt lớn Bộ phận làm mát nước: Máy làm mát H7205 Bộ phận làm mát nước: Bơm nước lạnh Afman Mô hình toán học ống nhiệt nhỏ tinh toán thực nghiêm xác định công suất nhiệt lớn ống Nhiệt Thiết bị làm mát ống nhiệt thiết bị làm mát Van điều trỉnh lưu lượng Van điều trỉnh lưu lượng Bơm nước lạnh Mô hình toán học ống nhiệt nhỏ tinh toán thực nghiêm xác định công suất nhiệt lớn Bộ phận đo nhiệt độ :Thiết bị thị số Tti-7 Toàn thiết bị thí nghiệm ống nhiÖt ... Chương Mô hình toán học ống nhiệt Giới thiệu thiết bị thí nghiệm 4.1 Phương trình vi phân dẫn nhiệt vách ống nhiệt 4.2 Hệ số toả nhiệt phần sôi ống nhiệt hoạt động 4.3 Chế độ nhiệt không ổn định ống. .. rỗng (ống nhiệt ly tâm) d) ống nhiệt điện trường - Nếu lực tác dụng lên chất lỏng ngưng lực điện trường để đưa lỏng ngưng phần sôi ống nhiệt ống nhiệt gọi ống nhiệt điện trường e) ống nhiệt từ trường. .. lực dòng lỏng dòng chuyển động ống Nguyễn Duy Thảo 32 Bảng 2.1 Môi chất nạp vào ống nhiệt khoảng nhiệt độ làm việc Nhiệt độ sôi Nhiệt độ nóng Nhiệt độ tới Khoảng nhiệt độ (p=1at) [0C] chảy [0C]