Nghiên cứu ảnh hưởng góc nghiêng và lượng nạp của ống nhiệt mao dẫn

Nguyễn viết đức Bộ giáo dục đào tạo Trường đại học bách khoa hà nội Luận văn thạc sỹ khoa học kỹ thuật nhiệt-lạnh Ngành : kỹ thuật nhiệtlạnh Nghiên cứu ảnh hưởng góc nghiêng lượng nạp ống nhiệt mao dẫn Nguyễn viết Đức 2004 -2006 Hµ néi 2006 Hµ néi 2006 -1- Mơc lơc Trang Lời cam đoan Mục lục Danh mục ký hiệu chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ đồ thị Mở đầu Chương Tỉng quan vỊ èng nhiƯt 10 1.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động cđa èng nhiƯt 10 1.1.1 CÊu t¹o cđa èng nhiƯt 1.1.2 Nguyên lý hoạt động ống nhiệt 10 12 1.2 Phân loại ống nhiệt 1.2.1 Theo lực tác dụng để đưa chất lỏng ngưng quay trở phần sôi 1.2.2 Theo phạm vi sử dụng 1.2.3 Theo môi chất nạp 1.2.4 Theo mục đích sử dụng 1.2.5 Theo hình d¹ng èng 13 13 16 16 16 17 1.3 ­u ®iĨm cđa èng nhiƯt 17 1.4 øng dơng cđa èng nhiệt 1.4.1 Tái sử dụng nhiệt thải 1.4.2 Trong ngành công nghiệp điện - điện tử 1.4.3 Trong hệ thống điều hoà không khí 18 1.5 Môi chất nạp ống nhiệt 1.5.1 Chọn môi chất theo nhiệt độ làm việc cđa èng nhiƯt 1.5.2 Chän m«i chÊt theo tÝnh phï hợp 1.5.3 Chọn theo yêu cầu khác môi chÊt n¹p 19 20 22 28 28 30 31 -2- Chương ống nhiệt mao dẫn 33 2.1 Các khái niệm ống nhiệt mao dẫn 33 2.1.1 Nguyên lý hoạt động ống nhiệt mao dẫn 2.1.2 Môi chất làm việc ống nhiệt mao dẫn 2.1.3 Bấc 2.1.4 Sức căng bề mặt 2.1.5 Góc dính ướt 2.1.6 áp suất mao dẫn 2.2 Điều kiện hoạt động cđa èng nhiƯt mao dÉn 2.2.1 Tỉn thÊt ¸p st dòng môi chất lỏng 2.2.2 Tổn thất áp suất dòng 2.2.3 Tổn thất áp suất lực träng tr­êng 33 34 35 35 36 37 40 40 44 46 2.3 Trun nhiƯt èng nhiƯt mao dÉn 46 2.3.1 Trun nhiƯt vïng s«i 2.3.2 Trun nhiƯt vïng ng­ng 2.3.3 HƯ sè dÉn nhiƯt hiƯu dơng bấc 46 50 50 2.4 Xác định công suất nhiƯt cđa èng nhiƯt mao dÉn 55 2.5 Giíi h¹n c«ng st nhiƯt cđa èng nhiƯt mao dÉn 62 2.5.1 2.5.2 2.5.3 2.5.4 Chương Giới hạn âm Giới hạn lôi Giới hạn mao dẫn Giới hạn sôi Nghiên cứu ảnh hưởng góc nghiêng lượng nạp ®Õn c«ng st nhiƯtcđa èng nhiƯt mao dÉn b»ng thùc nghiệm 62 63 64 65 69 3.1 Mục đích nghiên cứu 69 3.2 Xây dựng hệ thống thiết bị thí nghiƯm 70 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 ChÕ t¹o èng nhiƯt bấc mao dẫn Bộ đốt phần sôi Bộ làm mát phần ngưng Gắn đầu cảm biến nhiệt độ 70 72 74 75 -3- 3.2.5 Sư dơng phÇn mỊm máy tính 79 3.3 Phương pháp tiến hành thí nghiệm 81 Chương Xử lý số liệu kết thùc nghiƯm 4.1 Xư lý sè liƯu thùc nghiƯm 4.1.1 Cơ sở lý thuyết 4.1.2 Số liệu kết thực nghiệm 4.2 Kết thu từ thực nghiệm 4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.4 4.2.5 Sự phân bố nhiệt độ ống nhiệt ảnh hưởng lượng nạp đến công suất nhiệt ảnh hưởng góc nghiêng tới công suất nhiệt Xác định công suất nhiệt tới hạn ống nhiệt Xác định hệ số dẫn nhiệt hiệu dụng bấc mao dÉn b»ng thùc nghiƯm KÕt ln Tµi liƯu tham kh¶o Phơ lơc 85 85 85 86 88 88 90 91 92 93 97 98 100 -4- Danh mơc C¸C Ký HIƯU Ký hiƯu ý nghÜa Thø nguyªn CP - Nhiệt dung riêng đẳng áp J/kg.K d - Đường kính m, mm F - DiÖn tÝch g - Gia tèc träng tr­êng L - ChiỊu dµi m, mm Q - Dòng nhiệt W, kW q - Mật độ dòng nhiệt W/m t - NhiƯt ®é α - HƯ sè toả nhiệt w - Chiều rộng mắt lưới mao dẫn - Độ rỗng lưới mao dẫn - Hệ số nhớt động lực học - Độ nhớt ®éng häc λ - HÖ sè dÉn nhiÖt W/m.K ρ - Khối lượng riêng kg/m - Góc dính ướt - Sức căng bề mặt - Lượng môi chất nạp % P - áp suất Pa - Độ chênh lệch áp suất Pa R P m2 P m/s P P P C P W/m K P P m N.s/m P m /s P P P P N/m r - NhiƯt ho¸ h¬i cđa chÊt láng J/kg R - NhiƯt trë K/W G - L­u l­ỵng khèi l­ỵng kg/s Φ - Gãc nghiêng k - Hệ số truyền nhiệt t - Độ chênh lệch nhiệt độ P W/m K P P C P P -5- C¸C chØ sè d­íi ý nghĩa Ký hiệu h - Hơi e - Ngoài i - Trong l - Láng n - Ng­ng s - Sôi c - Cấp a - Đoạn nhiệt tư - Tối ưu eff - Giá trị hiệu dụng tt - Tỉn thÊt kk - Kh«ng khÝ c - L«i cn g - Träng tr­êng w - BỊ mỈt -6- Danh mục bảNG TT BảNG ý nghĩa Trang 1-1 Môi chất nạp ống nhiệt nhiệt độ làm việc 29 1-2 Tính phù hợp ống nhiƯt 30 3-1 Quan hƯ ®iƯn trë- nhiƯt ®é đầu đo PT100 75 3-2 Giá trị kiểm tra đầu đo nhiệt độ thường 78 4-1 Kết đo t h = 50 C, = 45% 87 4-2 Kết đo ë t h = 70 C, ξ = 45% 87 4-3 Kết đo t h = 50 C, Φ = 0 88 4-4 Kết đo t h = 70 C, = 0 88 4-5 Biến thiên công suÊt nhiÖt Q i 93 10 4-6 HÖ sè dÉn nhiƯt hiƯu dơng cđa bÊc ë t h = 500 C 94 11 4-7 HƯ sè dÉn nhiƯt hiƯu dơng cña bÊc ë t h = 700 C 95 12 4-8 HƯ sè dÉn nhiƯt hiƯu dơng theo c¸c t¸c gi¶ 96 R R R R R R R R P P P P P P P P P P R R R R R P P P P -7- Danh mục hình vẽ đồ thị TT Hình ý nghÜa Trang 1-1 èng nhiÖt 10 1-2 Sơ đồ cấu tạo ống nhiệt 11 1-3 Các trình hoạt động ống nhiệt biĨu ®å T-s 12 1-4 èng nhiƯt träng tr­êng 13 1-5 èng nhiÖt mao dÉn 14 1-6 Mặt cắt ống nhiệt mao dẫn 14 1-7 ống nhiệt ly tâm làm mát động điện 15 1-8 Lò nướng bánh mỳ dùng ống nhiệt 18 1-9 Thiết bị trao đổi nhiệt khói-không khí èng nhiƯt 19 10 1-10 èng nhiƯt mao dÉn lµm mát linh kiện điện tử 21 11 1-11 ống nhiệt ®Ĩ ®iỊu chØnh nhiƯt ®é ngn nhiƯt 22 12 1-12 Sơ đồ hệ thống điều hoà có đốt bổ xung 24 13 1-13 Các trình đồ thị I-d đốt bổ xung 24 14 1-14 Sơ đồ hệ thống điều hoà có dùng ống nhiệt 25 15 1-15 Các trình đồ thị I-d dùng ống nhiƯt 25 16 1-16 Sư dơng èng nhiƯt hƯ thống điều hòa không khí 26 17 1-17 Máy sấy dïng èng nhiƯt 27 18 2-1 BỊ mỈt cong cđa chất lỏng mặt phân cách pha lỏng- 34 19 2-2 Sức căng bề mặt chất lỏng 36 20 2-3 Gãc dÝnh ­ít 36 21 2-4 B¸n kÝnh mặt cong chất lỏng 37 22 2-5 Bán kính lỗ mao dẫn bấc 39 23 2-6 Sự phục håi ¸p st theo h­íng b¸n kÝnh 44 24 2-7 Quá trình chất lỏng sôi thể tích 47 25 2-8 Các mô hình sôi chất lỏng 47 -8- 26 2-9 Trun nhiƯt s«i bÊc mao dÉn 27 2-10 Truyền nhiệt từ bề mặt phủ lớp hạt chất lỏng nước 49 28 2-11 Mô hình dẫn nhiệt tương đương 51 29 2-12 Cấu tạo lưới kim loại 52 30 2-13 Quan hệ eff độ rỗng 55 31 2-14 Nhiệt trở ống nhiƯt mao dÉn 56 32 2-15 Sè M cđa c¸c chÊt láng 62 33 2-16 Quan hƯ c«ng st nhiƯt ống nhiệt nhiệt độ 67 34 2-17 Sự phụ thuộc công suất nhiệt vào hiệu nhiệt ®é toµn bé cđa èng nhiƯt 67 35 3-1 L­íi mao dÉn qua kÝnh hiĨn vi ®iƯn tư qt 71 36 3-2 Bé ®iƯn trë ®èt dïng thÝ nghiƯm 73 37 3-3 Cách gắn điện trở đốt lên phần sôi ống nhiệt 73 38 3-4 Bộ làm mát phần ngưng nước 74 39 3-5 Sơ đồ gắn đầu đo ống nhiệt 76 40 3-6 Cách gắn đầu đo số lên ống nhiệt 77 41 3-7 Mặt cắt phần ngưng ống nhiệt 77 42 3-8 Bộ gá thay đổi góc nghiêng ống nhiệt 78 43 3-9 Thiết bị thực nghiệm nghiên cứu ống nhiệt mao dẫn 79 44 3-10 Cấu trúc chương trình thu đo liệu DonhietdoCHP 80 45 3-11 Giao diện chương trình thu đo nhiệt độ DonhietdoCHP 81 46 4-1 Phương pháp thay đổi góc nghiêng ống nhiệt 86 47 4-2 Gắn đầu đo nhiệt độ theo chu vi 89 48 4-3 Nhiệt độ bề mặt ống giảm dần theo chiều dài ống 89 49 4-4 ảnh hưởng lượng nạp đến công suất nhiệt Q i 50 4-5 Đồ thị hàm k is = f() nhiệt độ t h =50 C t h =70 C 91 51 4-6 92 52 4-7 §å thị hàm k is = f() nhiệt độ t h =50 C vµ t h =70 C So s¸nh hƯ sè dÉn nhiƯt hiƯu dơng víi kết khác R 48 R 90 R R R R R R R R P R P P R P R R P R P P P 96 -9- Mở đầu ống nhiệt phần tử truyền nhiệt đà nhà phát minh, sáng chế từ lâu, thực nhà khoa học quan tâm nghiên cứu kể từ năm 1970 trở lại ống nhiệt ban đầu chế tạo gồm ống kim loại hàn kín hai đầu, nạp lượng môi chất xác định Quá trình truyền nhiệt từ đầu tới đầu ống xảy môi chất ống liên tục biến ®ỉi hai pha khÐp kÝn: bay h¬i nhËn nhiƯt từ đầu nóng ngưng tụ nhả nhiệt cho đầu nguội Từ phát minh nay, ống nhiệt đà nghiên cứu, ứng dụng hiệu qủa công nghiệp nhiều ngành khoa học quan trọng chinh phục vũ trụ, hàng không Vì tầm quan trọng nên định kỳ 2-3 năm lần Nhà khoa học giới lại tổ chức Hội nghị chuyên đề ống nhiệt gọi IHPC (International Heat Pipe Conference) Số lượng báo cáo ngày phong phú, tham gia Hội nghị nước phát triển có nước phát triển cạnh nước ta Trung Quốc, Thái Lan, Malaysia, Indonesia, Philipin Có nhiều loại ống nhiệt đà nghiên cứu ứng dụng, nhiên hai loại ống nhiệt phỉ biÕn nhÊt lµ : èng nhiƯt mao dÉn (Cappilary heat pipe) vµ èng nhiƯt träng tr­êng (Gravitational heat pipe) ống nhiệt trọng trường có cấu tạo đơn giản đà nghiên cứu ứng dụng nhiều lĩnh vực.ống nhiệt mao dẫn có cấu tạo phức tạp lại có tính tốt nước ta chưa có nhiều công trình nghiên cứu loại ống nhiệt Bởi muốn tìm hiểu nghiên cứu loại ống nhiệt mao dẫn để ứng dụng số ngành công nghiệp Phương pháp nghiên cứu kết hợp lý thuyết vµ thùc nghiƯm ... nhiệt ống nhiệt mao dẫn 62 2.5.1 2.5.2 2.5.3 2.5.4 Chương Giới hạn âm Giới hạn lôi Giới hạn mao dẫn Giới hạn sôi Nghiên cứu ảnh hưởng góc nghiêng lượng nạp đến công suất nhiệtcủa ống nhiệt mao. .. bè nhiệt độ ống nhiệt ảnh hưởng lượng nạp đến công suất nhiệt ảnh hưởng góc nghiêng tới công suất nhiệt Xác định công suất nhiệt tới hạn ống nhiệt Xác định hệ số dẫn nhiệt hiệu dơng cđa bÊc mao. .. lựa lượng nạp, góc nghiêng cho ống nhiệt làm việc hiệu Với mục đích nghiên cứu cụ thể vấn đề ống nhiệt mao dẫn có đặc tính vật lý xác định, tiến hành chế tạo ống nhiệt, cho hoạt động lượng nạp góc