Nghiên cứu xây dựng thuật toán và lập trình tính toán mô phỏng máy lạnh hấp thụ sử dụng năng lượng mặt trời và nhiệt thải

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LÊ KHẮC QUYẾT NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG THUẬT TOÁN VÀ LẬP TRÌNH TÍNH TỐN, MƠ PHỎNG MÁY LẠNH HẤP THỤ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ NHIỆT THẢI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT NHIỆT Hà Nội - 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LÊ KHẮC QUYẾT NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG THUẬT TOÁN VÀ LẬP TRÌNH TÍNH TỐN, MƠ PHỎNG MÁY LẠNH HẤP THỤ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ NHIỆT THẢI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT NHIỆT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS ĐẶNG TRẦN THỌ Hà Nội - 2017 LỜI CẢM ƠN Bản luận văn được thực hiện thời gian từ tháng 10/2014 đến tháng 12/2017, sự hướng dẫn nhiệt tình TS Đặng Trần Thọ, giảng viên trường ĐHBK Hà Nội Em xin chân thành cảm ơn TS Đặng Trần Thọ giúp đỡ em hồn thành ḷn văn Đờng thời, em cũng xin gửi lời cảm ơn đến thầy giáo, cô giáo trường quan tâm giúp đỡ em suốt thời gian học tập rèn luyện trường Tác giả luận văn Lê Khắc Quyết [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn kết nghiên cứu tơi Nội dung ḷn văn có tham khảo sử dụng tài liệu, thông tin được đăng tải tạp chí trang web theo danh mục tài liệu tham khảo luận văn Nếu sai, xin chịu hình thức kỷ luật theo quy định Tác giả luận văn Lê Khắc Quyết MỤC LỤC DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ CÁI VIẾT TẮT i DANH MỤC CÁC BẢNG ii DANH MỤC CÁC HÌNH iii MỞ ĐẦU v CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 MÁY LẠNH HẤP THỤ 1.1.1 Lịch sử phát triển 1.1.2 Khái niệm, nguyên lý làm việc 1.1.3 Phân loại máy lạnh hấp thụ 1.1.4 Các đặc trưng 14 1.1.5 Ưu, nhược điểm 20 1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ MÁY LẠNH HẤP THỤ 20 1.2.1 Các cơng trình Việt Nam 20 1.2.2 Các cơng trình giới 21 1.3 ĐỐI TƯỢNG, MỤC ĐÍCH VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI22 1.3.1 Đối tượng nghiên cứu 22 1.3.2 Mục đích phạm vi nghiên cứu 24 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN MÁY LẠNH HẤP THỤ 25 2.1 TÍNH TỐN CHU TRÌNH 25 2.1.1 Lựa chọn các thông số ban đầu 25 2.1.2 Xác định các thông số trạng thái chu trình 25 2.2 XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI NHIỆT CỦA THIẾT BỊ 34 2.2.1 Tính toán các dòng nhiệt 34 2.2.2 Tính toán các dòng dung dịch 35 2.2.3 Tính toán các phụ tải nhiệt thiết bị 35 2.3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC THIẾT BỊ CỦA HỆ THỐNG 36 2.3.1 Tính chọn bơm dung dịch 36 2.3.2 Tính toán, thiết kế thiết bị ngưng tụ 36 2.3.3 Tính toán, thiết kế thiết bị bay 39 2.3.4 Tính toán, thiết kế bình hấp thụ 40 2.3.5 Tính toán, thiết kế bình sinh 45 2.3.6 Tính toán, thiết kế thiết bị tinh luyện 47 2.3.7 Tính toán, thiết kế thiết bị hồi nhiệt môi chất hồi nhiệt dung dịch 48 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN 52 3.1 XÂY DỰNG LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN 52 3.1.1 Lưu đồ thuật toán tổng quát 52 3.1.2 Lưu đồ thuật toán chọn thông số đầu vào 53 3.1.3 Lưu đồ thuật toán tính toán chu trình 53 3.1.4 Lưu đồ thuật toán tính toán thiết kế thiết bị 61 3.1.5 Lưu đồ thuật toán mô hoạt động 62 3.2 LỰA CHỌN NGƠN NGỮ LẬP TRÌNH 63 3.2.1 Các vấn đề cần giải chương trình 63 3.2.2 Lựa chọn ngôn ngữ lập trình 64 CHƯƠNG LẬP TRÌNH TÍNH TỐN, MƠ PHỎNG MÁY LẠNH HẤP THỤ 67 4.1 LẬP TRÌNH TÍNH TỐN VÀ MÔ PHỎNG 67 4.1.1 Lập trình tính toán chu trình 67 4.1.2 Lập trình tính toán, thiết kế các thiết bị 68 4.1.3 Lập trình mô 71 4.2 TÍNH TỐN, MƠ PHỎNG MÁY LẠNH HẤP THỤ 72 4.2.1 Tính toán máy lạnh hấp thụ 72 4.2.2 Tính toán mô 78 4.2.3 Đánh giá kết tính toán phần mềm 80 CHƯƠNG TÓM TẮT, KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 83 5.1 TÓM TẮT 83 5.2 KẾT LUẬN 84 5.3 KIẾN NGHỊ 84 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 PHỤ LỤC 88 DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ CÁI VIẾT TẮT I Danh mục ký hiệu II Chỉ số Q: Phụ tải nhiệt, W r: Dung dịch đậm đặc q: Mật độ dòng nhiệt, W/m2 a: Dung dịch lỗng ζ: Hệ số làm lạnh 0: Mơi chất lạnh bay ξ: Nồng độ khối lượng, kg/kg k: Môi chất lạnh ngưng tụ t: Nhiệt độ, ºC h: Dung dịch bình sinh T: Nhiệt độ tuyệt đối, K A: Dung dịch bình hấp thụ P: Áp suất, bar w: Môi trường làm mát i: Enthalpy, kJ/kg H: Nước gia nhiệt r: Nhiệt ẩn hóa hơi, kJ/kg m: Chất lỏng tải lạnh C: Nhiệt dung riêng, kJ/(kgK) 1: Vào Ρ: Khối lượng riêng, kg/m3 2: Ra v: Thể tích riêng, m3/kg t: Bên λ: Hệ số dẫn nhiệt, W/mK n: Bên μ: Độ nhớt động lực học, Ns/m2 gn: Gia nhiệt ν: Độ nhớt động học, m2/s sh: Sinh G: Lưu lượng khối lượng, kg/s ht: Hấp thụ F: Diện tích bề mặt, m2 bl: Buồng lạnh k: Hệ số truyền nhiệt, W/(m2K) III Danh mục chữ viết tắt α: Hệ số tỏa nhiệt, W/(m2K) MLHT: Máy lạnh hấp thụ δ: Chiều dày, m BL: Buồng lạnh d: Đường kính ống, m TL: Tiết lưu l: Chiều dài ống, m SH: Sinh ω: Tốc độ, m/s HT: Hấp thụ g: Gia tốc trọng trường, m/s2 i DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Cặp môi chất sử dụng máy lạnh hấp thụ 15 Bảng 1.2 Một số loại nhiệt thải mức nhiệt độ tương ứng 17 Bảng 1.3 Một số kim loại sử dụng kỹ thuật lạnh 18 Bảng 4.1 Kết tính toán chu trình 72 Bảng 4.2 Kết tính toán phụ tải lạnh .76 Bảng 4.3 So sánh kết mô với thực nghiệm .79 ii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý máy lạnh hấp thụ Hình 1.2a Sơ đồ máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr tác dụng đơn bố trí hai vỏ Hình 1.2b Sơ đồ máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr tác dụng đơn bố trí vỏ Hình 1.3 Sơ đồ máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr tác dụng kép loại Hình 1.4 Sơ đồ máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr tác dụng kép loại Hình 1.5 Sơ đồ máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr tác dụng kép loại Hình 1.6 Sơ đồ máy lạnh hấp thụ NH3/H2O cấp 10 Hình 1.7 Sơ đồ máy lạnh hấp thụ NH3/H2O hai cấp 11 Hình 1.8 Sơ đồ máy lạnh hấp thụ khuếch tán .13 Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý máy lạnh hấp thụ NH3/H2O 23 Hình 2.1 Thiết bị hồi nhiệt môi chất lạnh (HNI) 49 Hình 2.2 Thiết bị hồi nhiệt dung dịch kiểu ống lờng ống (HNII) .49 Hình 3.1 Lưu đồ thuật toán tổng quát 52 Hình 3.2 Lưu đồ thuật toán tính toán thông số đầu vào .53 Hình 3.3 Lưu đồ thuật toán xác định thông số trạng thái điểm nút 10 .54 Hình 3.4 Lưu đồ thuật toán xác định thông số trạng thái điểm nút 54 Hình 3.5 Lưu đồ thuật toán xác định thông số trạng thái điểm nút 55 Hình 3.6 Lưu đồ thuật toán xác định thông số trạng thái điểm nút 55 Hình 3.7 Lưu đồ thuật toán xác định thông số trạng thái điểm nút 56 Hình 3.8 Lưu đồ thuật toán xác định thông số trạng thái điểm nút 56 Hình 3.9 Lưu đồ thuật toán xác định thông số trạng thái điểm nút 57 Hình 3.10 Lưu đồ thuật toán xác định thông số trạng thái điểm nút 11 .57 Hình 3.11 Lưu đồ thuật toán xác định thông số trạng thái điểm nút 14 .58 Hình 3.12 Lưu đồ thuật toán xác định thông số trạng thái điểm nút 15 .58 Hình 3.13 Lưu đồ thuật toán xác định thông số trạng thái điểm nút .59 Hình 3.14 Lưu đồ thuật toán xác định thông số trạng thái điểm nút 12 .59 Hình 3.15 Lưu đồ thuật toán xác định thông số trạng thái điểm nút .60 Hình 3.16 Lưu đồ thuật toán xác định thông số trạng thái điểm nút 13 .60 iii Hình 3.17 Lưu đồ thuật toán xác định thông số trạng thái điểm nút .61 Hình 3.18 Lưu đờ tḥt toán tính toán chọn công suất bơm dung dịch .61 Hình 3.19 Lưu đồ thuật toán tính toán thiết kế thiết bị MLHT 62 Hình 3.20 Lưu đồ thuật toán tính toán mô hoạt động .62 Hình 3.21 Lưu đờ tḥt toán tính toán đánh giá khả hoạt động MLHT 63 Hình 3.22 Lưu đồ thuật toán tính toán hệ số nhiệt chu trình .63 Hình 4.1 Giao diện chính phần mềm 67 Hình 4.2 Giao diện tính toán chu trình MLHT 68 Hình 4.3 Giao diện tính toán lựa chọn bơm .69 Hình 4.4 Giao diện tính toán thiết kế thiết bị ngưng tụ 69 Hình 4.5 Giao diện tính toán thiết kế thiết bị bay 70 Hình 4.6 Giao diện tính toán thiết kế thiết bị hấp thụ 70 Hình 4.7 Giao diện tính toán thiết kế bình sinh – thiết bị ngưng tụ hồi lưu 71 Hình 4.8 Mô hoạt động MLHT 71 Hình 4.9 Biểu đồ mô các giá trị nhiệt độ 78 Hình 4.10 Biến thiên nhiệt độ gia nhiệt theo thực nghiệm mô 81 Hình 4.11 Biến thiên nhiệt độ sinh theo thực nghiệm mô 81 Hình 4.12 Biến thiên nhiệt ngưng tụ theo thực nghiệm mô 82 Hình 4.13 Biến thiên nhiệt độ bay theo thực nghiệm mô .82 iv } public string lay3so(string value, int digit) { if (IsNumber(value.ToString())) { return value.ToString(); } else { string PreciseDecimalFormat = "{0:0.0}"; for (int count = 2; count