Thông tin tài liệu
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯƠNG MINH THẮNG NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TRUYỀN NHIỆT TRUYỀN CHẤT TRONG QUÁ TRÌNH SẤY BẰNG BƠM NHIỆT KIỂU BẬC THANG Chuyên ngành: Kỹ thuật nhiệt Mã số: 62520115 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NHIỆT HÀ NỘI - 2014 Cơng trình hồn thành tại: TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS NGUYỄN ĐỨC LỢI GS TSKH TRẦN VĂN PHÚ Phản biện 1: PGS.TS Trương Duy Nghĩa Phản biện 2: PGS.TS Vũ Duy Trường Phản biện 3: GS.TSKH Nguyễn Minh Tuyển Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ cấp Trường họp Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Vào hồi …… giờ, ngày … tháng … năm ……… Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội Thư viện Quốc gia -1MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Sấy biện pháp bảo quản chế biến sản phẩm sử dụng sớm lịch sử loài người Trong trình sấy, tượng diễn phổ biến tượng truyền nhiệt truyền chất (TNTC) liên hợp Khi nghiên cứu lý thuyết tượng TNTC liên hợp, tác giả thường dựa vào việc giải hệ phương trình vi phân TNTC ứng với điều kiện đơn trị khác Mặc dù công cụ nghiên cứu phát triển người ta bỏ qua số ảnh hưởng qua lại ảnh hưởng trường độ ẩm đến trường nhiệt độ vật liệu sấy, bỏ qua ảnh hưởng co ngót (CN) vật liệu q trình sấy (QTS)… Bên cạnh đó, việc nghiên cứu ứng dụng hệ thống thiết bị sấy đại vào điều kiện Việt Nam đòi hỏi cấp bách nước ta có nơng nghiệp phát triển, sản phẩm nông sản sau thu hoạch không bảo quản xử lý kịp thời dẫn đến hao hụt giảm chất lượng sản phẩm Bơm nhiệt (BN) thiết bị có khả tiết kiệm lượng cao, ưu điểm BN chứng minh lý thuyết thực tế kỹ thuật Khi sử dụng BN thay cho hệ thống sấy (HTS) thơng thường, mang lại hiệu to lớn mà cơng trình nghiên cứu nước tổng kết Tuy nhiên, bên cạnh kết đạt kỹ thuật sấy việc sử dụng BN HTS cịn có đề tồn phải giải HTS BN hệ thống sấy nhiệt độ vừa phải, thời gian sấy (TGS) lớn so với HTS thơng thường việc tiêu hao lượng vấn đề cần quan tâm cải thiện, bối cảnh lượng ngày cạn kiệt giới Việt Nam Mặt khác, theo động học QTS, lượng ẩm tách khỏi vật liệu sấy (VLS) thay đổi theo thời gian giảm dần cuối trình Tương ứng với nó, nhiệt cần cung cấp cho VLS giảm dần hệ thống hoạt động liên tục nguyên nhân làm cho lãng phí lượng Vì vậy, việc nâng cao hiệu sử dụng lượng vận hành hợp lý HTS BN nhằm đảm bảo phù hợp với động học QTS cần thiết Với yêu cầu cấp bách đặt vậy, việc lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu trình truyền nhiệt truyền chất trình sấy bơm nhiệt kiểu bậc thang” thực cấp thiết phù hợp giai đoạn Việt nam MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Mục đích luận án là: Nghiên cứu tượng TNTC kỹ thuật sấy, từ làm sở nghiên cứu động học QTS HTS BN xét đến ảnh hưởng độ ẩm đến trưởng nhiệt độ ảnh hưởng co ngót (CN) VLS Nghiên cứu hiệu chỉnh phương pháp tương tự xác định thời gian sấy (TGS) kể đến tượng CN VLS để kết tính toán theo phương pháp phù với thực tế Đánh giá khả tiết kiệm lượng HTS BN kiểu bậc thang Để đạt mục đích đó, luận án tập trung vào nội dung sau: - Nghiên cứu trình dịch chuyển nhiệt ẩm đồng thời VLS kể đến tượng CN VLS QTS BN - Nghiên cứu biện pháp hiệu chỉnh phương pháp tương tự xác định TGS có kể đến ảnh hưởng tượng CN VLS - Nghiên cứu đánh giá phù hợp mơ hình tốn kể đến tượng CN VLS (MHCN) mơ hình tốn khơng kể đến CN VLS (MHKCN) với thực nghiệm HTS BN - Đánh giá tiết kiệm lượng HTS BN kiểu bậc thang HTS GT-01 -2- Đề xuất giải pháp tiết kiệm lượng thông qua chế độ vận hành HTS GT-01 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu (NC) luận án trình TNTC với điều kiện sấy HTS BN Vật liệu đại diện cho kết nghiên cứu cà rốt trồng miền Bắc Việt nam PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Phương pháp nghiên cứu (PPNC) luận án phương pháp (PP) lý thuyết (LT) kết hợp thực nghiệm (TN) Về PPNC LT, nội dung NC gồm hai phần Thứ NC số vấn đề trình dịch chuyển nhiệt ẩm lịng VLS, từ lựa chọn mơ hình tốn học để giải vấn đề động học yếu tố ảnh hưởng đến QTS Thứ hai hiệu chỉnh PP xác định TGS theo lý thuyết tương tự kể đến tượng CN VLS, áp dụng cho trường hợp sấy BN Về mặt NC TN, nội dung xây dựng mơ hình TN, TN kiểm chứng kết lý thuyết, PP tiết kiệm lượng (NL), Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU Về mặt lý thuyết TNTC, luận án góp phần làm sáng tỏ chế dịch chuyển nhiệt ẩm VLS Nghiên cứu động học QTS mơ hình tốn học sở xét đến ảnh hưởng độ ẩm đến dòng nhiệt tượng CN VLS Bên cạnh đó, luận án đề xuất phương án hiệu chỉnh PP tương tự xác định TGS áp dụng cho QTS BN xét đến tượng CN VLS thông qua việc xác định lại hệ số khuếch tán ẩm hiệu Về mặt thực tiễn, luận án bổ sung thêm phương án tiết kiệm NL QTS HTS BN kiểu bậc thang Kết đóng góp thêm mặt cơng nghệ sấy BN, làm tiền đề cho nghiên cứu mở rộng áp dụng với quy mô công nghiệp KTS sản phẩm sau thu hoạch BỐ CỤC LUẬN ÁN: Luận án bao gồm thành chương Chương nêu tổng quan vấn đề có liên quan đến nội dung NC đề xuất vấn đề cần NC Chương giới thiệu vật liệu PP NC Chương tập trung vào NC lý thuyết TNTC, lựa chọn mơ hình TNTC cách giải, biện pháp hiệu chỉnh phương pháp tương tự xác định TGS Chương trình bày nội dung NC thực nghiệm đánh giá tiết kiệm NL HTS GT-01 Chương giới thiệu thảo luận kết NC lý thuyết, kết NC thực nghiệm đánh giá so sánh kết LT với TN Cuối kết luận, đóng góp luận án kiến nghị hướng NC Chương TỔNG QUAN VỀ SẤY BƠM NHIỆT VÀ MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRUYỀN NHIỆT TRUYỀN CHẤT 1.1 MỘT SỐ VẦN ĐỀ CƠ BẢN VỀ SẤY Trong mục bao gồm nội dung loại KTS, nguyên lý hoạt động HTS BN tiết kiệm lượng sử dụng HTS BN 1.2 TỔNG QUAN CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU HHTS BN 1.2.1 Tổng quan kết nghiên cứu HTS BN giới 1.2.2 Tổng quan kết nghiên cứu HTS BN Việt Nam Qua nghiên cứu tổng quan trên, chúng tơi thấy cịn cần nghiên cứu xem xét thêm chế độ vận hành hợp lý cho HTS BN Nói cách khác thải lượng nhiệt thừa khỏi hệ thống kín cách phù hợp nhằm đảm bảo việc cấp nhiệt đáp ứng tốt cho VLS mà tránh lãng phí lượng Vì vậy, vấn đề nghiên cứu động học QTS vật liệu nhằm tìm -3điều kiện thích hợp cho q trình cấp thải nhiệt môi trường cần thiết 1.3 MỘT SÔ VẤN ĐỀ TRUYỀN NHIỆT TRUYỀN CHẤT TRONG VLS 1.3.1 Quy luật dịch chuyển nhiệt-ẩm lịng vật liệu 1.3.2 Mơ hình tốn học biểu diễn hiên tượng dịch chuyển VLS Phần trình bày số mơ hình thực nghiệm, mơ hình TNTC mơ hình nghiên cứu tượng CN VLS 1.3.3 Một số phương pháp xác định TGS: Nội dung chủ yếu mục giới thiệu số phương pháp xác định TGS phương pháp A.v.Luikov, Phylonhenko, phương pháp đồ thị Asahin Dincer Phương pháp tương tự để xác định TGS tóm lược sau: Xác định tính tương tự mặt tốn học toán dẫn nhiệt với toán khuếch tán ẩm tương ứng chế độ sấy cần xác định TGS Tìm quan hệ Q(0,)/Q(0,) tốn đốt nóng hay làm nguội tốn dẫn nhiệt tương tự xác định bước Với Q(0,), Q(0,) nhiệt lượng mà vật nhận khoảng thời gian (0, ) (0,) Đồng quan hệ sau: Q(0,)/Q(0,) M(0,)/M(0,) Trong Q(0,)/Q(0,) xác định từ nghiệm phương trình dẫn nhiệt tương ứng Xác định FoM từ quan hệ bước từ tìm thời gian sấy Phương pháp chưa đề cập đến vấn đề CN VLS, tượng phổ biến xảy QTS thực tế vấn đề cần xem xét giải 1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG Từ tổng quan trên, đề xuất vấn đề cần giải luận án sau: Nghiên cứu mơ hình tốn học có kể đến ảnh hưởng CN VLS đến động học QTS hay nói cách khác cần phải giải hệ phương trình TNTC kể đến ảnh hưởng độ ẩm đến trường nhiệt độ CN VLS Nghiên cứu hiệu chỉnh cách tính TGS theo phương pháp tương tự kể đến ảnh hưởng CN VLS để giảm thiểu sai số so với TN bỏ qua tượng Đánh giá khả tiết kiệm lượng HTS BN kiểu bậc thang Chương VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU Vật liệu NC đề tài lựa chọn cà rốt dạng thái lát mỏng Lý lựa chọn loại vật liệu chỗ loại nơng sản phổ biến Việt Nam, có chứa nhiều hàm lượng chất dinh dưỡng, thông số nhiệt vật lý NC công bố đầy đủ Đây thuận lợi việc lựa chọn vật liệu này, tài liệu công bố liên quan đến vật liệu sử dụng làm sở để đối chiếu đánh giá so với kết NC luận án Ngoài ra, với phạm vi thông số sấy BN, cà rốt sau sấy có nhiều ưu điểm chất lượng, màu sắc, mùi vị… 2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Phương pháp nghiên cứu lựa chọn PP NC LT kết hợp với PP NC TN -42.2.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết Lựa chọn hệ phương trình TNTC có kể đến CN VLS tiến hành giải PP sai phân hữu hạn (SPHH) để xác định trường nhiệt độ độ ẩm phân bố VLS theo thời gian không gian Đề xuất mặt LT cách tính TGS theo lý thuyết tương tự kể đến CN VLS Các thông số nhiệt vật lý VLS nhiệt dung riêng, hệ số dẫn nhiệt, hệ số khuếch tán hiệu quả…được tính tốn theo thay đổi nhiệt độ từ kết công bố Kết hợp với sơ chế cà rốt phương pháp chần, phạm vi tính tốn QTS lựa chọn dựa tổng kết cơng trình NC cơng bố nước bao gồm: nhiệt độ TNS ta: 30 ÷ 45oC; độ ẩm TNS a: 25 ÷ 45%; tốc độ TNS a: 0,5÷2,5 m/s Với phạm vi cho cà rốt sấy đảm bảo mặt chất lượng, cảm quan hàm lượng β-carotene cao 2.2.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm Mơ hình TN xây dựng sở chu trình lạnh kiểu bậc thang, bao gồm hệ thống BN độc lập ghép nối chiều chuyển động TNS TNS từ dàn bay (BH) có nhiệt độ bay thấp sang dàn BH có nhiệt độ bay cao trước qua dàn ngưng tụ (NT) có nhiệt độ ngưng thấp đến dàn NT có nhiệt độ cao cuối vào TBS thực việc trao đổi nhiệt ẩm với VLS Để giải nhiệt thừa khỏi hệ thống chúng tơi bố trí dàn ngưng phụ (NP) ứng với hai máy đặt bên Các dàn NP đóng ngắt thơng qua van điện từ Quạt cho dàn NP đóng ngắt độc lập để tăng tính linh hoạt cho việc vận hành Các số liệu bao gồm nhiệt độ TNS, độ ẩm TNS tốc độ TNS xác định từ thiết bị thí nghiệm thơng qua việc tính tốn giá trị trung bình theo tiết diện ứng với vị trí đo Tiến hành TN với bước sau: Sơ chế cà rốt: Gọt vỏ, cắt lát với kích thước 2 = 10mm, chọn lát có đường kính xấp xỉ nhau, khoảng 50mm, sau chần nước 80oC phút Tiến hành TN sấy:Tiến hành chạy thử, kiểm tra áp kế, nhiệt kế, quạt … đảm bảo tất thiết bị hoạt động bình thường Đưa HTS TNS đến chế độ yêu cầu Cân khối lượng cà rốt trước đưa vào khay sấy, xếp khay sấy lát cà rốt cho chiều TNS TBS song song tiếp xúc với mặt lát cà rốt cách Chạy máy, ghi lại thông số hệ thống bao gồm số công tơ điện, nhiệt độ TNS, độ ẩm TNS, tốc độ TNS, khối lượng cà rốt sấy cân điện tử, áp suất đầu đẩy, đầu hút máy nén hệ thống… Mỗi phút bắt đầu ghi lại số liệu tiến hành khối lượng cà rốt không đổi lần đo liên tiếp Chú ý 25 phút chạy cho máy ngừng hoạt động phút để hệ thống xả băng, tránh tượng đóng băng dàn BH 2.2.3 Xử lý số liệu thực nghiệm Để đánh giá kết TN, tiến hành TN lần, kết để đối chiếu so sánh với lý thuyết trung bình lần TN nhằm loại bỏ sai số ngẫu nhiên Các số liệu TN phân tích xử lý nhằm loại giá trị không phù hợp mắc phải sai số lớn Kiểm chứng phù hợp MHCN TN đánh giá thông qua sai số quân phương RMSE sai số tuyệt đối trung bình MAE Giá trị RMSE MAE nhỏ số liệu gần với TN 2.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG Trong chương này, xác định VLS đại diện để NC trình TNTC cà rốt dạng thái lát có kích thước chiều dày 2 = 10mm Xác định phạm vi NC thông số liên quan đến QTS sử dụng phương pháp SPHH để giải hệ phương trình TNTC xét đến -5tượng CN VLS Lựa chọn HTS BN hoạt động theo kiểu bậc thang để làm thiết bị TN phương pháp tiến hành xử lý số liệu TN Chương NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TRUYỀN NHIỆT TRUYỀN CHẤT TRONG VẬT LIỆU SẤY 3.1 MƠ HÌNH TỐN HỌC CỦA Q TRÌNH TNTC XÉT ĐẾN SỰ CN VLS Mơ hình vật lý trường hợp khảo x a, ta, a s sát sau: TNS có nhiệt độ ta, tốc độ a độ ẩm xs tương đối a thực trình trao đổi x1 nhiệt ẩm bề mặt VLS VLS có chiều x2 dày 2 đặt TBS cho trao đổi nhiệt ẩm đồng mặt Hiện x3 tượng dẫn nhiệt thực VLS hấp thụ nhiệt từ TNS qua bề mặt làm cho x4 c nhiệt độ VLS tăng dần lên, độ ẩm VLS bắt đầu giảm dịch chuyển dần Hình 3.1 Mơ hình vật lý bước chia sai phân từ lòng bề mặt TNS mang nửa bề dày VLS qua hệ số trao đổi ẩm trung bình Mơ hình tốn học mơ hình vật lý hình 3.1 là: bề mặt M Khi QTS bắt đầu dịch t t (t ) r.s M x x .C p .C p chuyển bề mặt VLS dần vào phía tâm (3.2) M bắt đầu xảy Chiều dày cuối QTS M x D(T ). M x VLS chiều dày VLS điều kiện cân e Do tượng có tính chất đối xứng nên cần tính tốn cho nửa chiều dày biểu diễn hình 3.1 Với mơ hình vật lý trường hợp tính đến ảnh hưởng khuếch tán ẩm đến dẫn nhiệt bỏ ảnh hưởng dẫn nhiệt đến khuếch tán ẩm việc xét đến ảnh hưởng tượng CN VLS QTS cần thiết Vì vậy, chúng tơi bổ sung ảnh hưởng CN vào hệ phương trình TNTC có dạng (3.2) Trong đó: toC, M kgâ/kgVLK, kg/m3, Cp J/kgK, W/mK, D m2/s nhiệt độ, độ chứa ẩm, khối lượng riêng, nhiệt dung riêng, hệ số dẫn nhiệt, hệ số khuếch tán ẩm hiệu VLS, , s - thời gian, r kJ/kg - nhiệt ẩn hóa nước Các giả thiết mơ hình (3.2) bao gồm: Tính đến ảnh hưởng khuếch tán ẩm đến dẫn nhiệt bỏ qua ảnh hưởng dẫn nhiệt đến khuếch tán ẩm; VLS đồng chất, khơng có phản ứng hóa học khơng có nguồn sinh nhiệt bên trong; Các tính chất nhiệt vật lý VLS phụ thuộc vào nhiệt độ độ chứa ẩm phụ thuộc hai; Hệ số khuếch tán ẩm hiệu D phụ thuộc vào độ chứa ẩm phụ thuộc nhiệt độ VLS; Nhiệt độ độ chứa ẩm ban đầu VLS đồng nhất; Dịch chuyển ẩm bên chủ yếu dạng kể đến tượng CN VLS coi hình dáng VLS khơng đổi Điều kiện đơn trị hệ (3.2) bao gồm: ` - Điều kiện ban đầu: t(x, 0) = t0; M(x, 0) = M0 (3.3) -6- Điều kiện đối xứng: t 0 x x 0 M 0 x x 0 (3.4) -Điều kiện biên: ( t a t ) x x M s r (M M e ) x x s s D M x t x C p x t x xs x M x x M (M M e ) x x s x xs (3.5) x xs (3.6) s Ở đây: ,W/m2K-hệ số trao đổi nhiệt đối lưu trung bình bề mặt VLS; M, m/s-hệ số trao đổi ẩm đối lưu trung bình bề mặt VLS; x , m/s - tốc độ CN trung bình VLS; s, ,kg/m3- khối lượng riêng VLK VLÂ; t0 oC M0, kgâ/kgVLK- nhiệt độ độ chứa ẩm ban đầu VLS 3.2 PHƯƠNG PHÁP GIẢI MHCN Luận án sử dụng PP SPHH để giải hệ phương trình (3.2) với điều kiện đơn trị (3.3)-(3.6) Các thơng số sử dụng để tính toán xác định sau: 3.2.1 Xác định tốc độ CN VLS Giả sử co ngót tuyến tính theo phương x, có nghĩa giả sử tốc độ co ngót trung bình xtb 0 tồn QTS vị trí x bất kỳ: x (3.7) đó: 0, m/s - tốc độ CN bề mặt VLS 0 e tb Tốc độ CN trung bình tb VLS QTS bằng: (3.8) đây: 0, e, m - chiều dày VLS thời điểm ban đầu thời điểm cuối QTS, , s - tổng TGS Nếu ta chia nửa chiều dày lát VLS thành khoảng x hình 3.1 tốc độ CN trung bình QTS vị trí từ bề mặt (s) đến vị trí tâm (c) sau: stb tb x s 0 x s e x 0 x e 0 ; 1tb x1 0 x1 e x 0 x e 0 ; 2tb 0 5 x 0 x e 0 ; 4tb 0 5 4 x x i Từ (3.7), (3.8), (3.9) ta được: i s (3.9) i e i tb i s 30 (3.10) i s Trong đó, bước thời gian tính tốn, giá trị tốc độ CN trung bình tb xác định thơng qua việc đo chiều dày VLS thời điểm đầu cuối QTS 3.2.2 Xác định thông số nhiệt vật lý TNS Đã có nhiều cơng trình NC tính tốn tương đối xác thơng số vật lý TNS hay khơng khí ẩm theo nhiệt độ, luận án chúng tơi lựa chọn biểu thức tính tốn thơng số TNS thay đổi theo nhiệt độ phạm vị ÷ 80oC Chúng bao gồm: khối lượng riêng a(t), kg/m3; hệ số nhớt động lực học a(t), kg/m.s; hệ số dẫn nhiệt a(t), w/mK; hệ số khuếch tán ẩm vào khơng khí Dâ(t), m2/s; nhiệt dung riêng khơng khí ẩm Cpa(t), kJ/kgK 3.2.3 Xác định thông số nhiệt ẩm cà rốt Các thông số nhiệt ẩm cà rốt nhiều tác giả tính tốn chi tiết theo phụ thuộc vào -7nhiệt độ thành phần khối lượng Ở chúng tơi chọn cơng thức để tính tốn Chúng bao gồm: 3.2.3.1.Nhiệt dung riêng cà rốt Cp, J/kgK Cp=xp(Cp)p+ xF(Cp)F +xCHO(Cp)CHO+ xFi(Cp)Fi+ xASH(Cp)ASH+ xw(Cp)w (3.20) 3.2.3.2.Hệ số dẫn nhiệt cà rốt , W/mK λ (t) =x w λ w +x p λ p +x F λ F +x Fi λ Fi +x CHO λ CHO +x ASH λ ASH (3.21) Trong xp, xF, xCHO, xFi, xASH, xw thành phần khối lượng chất vật liệu Ci , i nhiệt dung riêng hệ số dẫn nhiệt tương ứng 3.2.3.3 Khối lượng riêng cà rốt M, kg/m3 1 M 1 M M (3.22) M M s w 1700 1020 Với s w khối lượng riêng chất khô nước cà rốt 3.2.3.4 Xác đinh độ ẩm cân cà rốt Me, kgâ/kgVLK ( t 273 )1, 363 5203 , 775 M e ln1 t 273 5869 100 3.2.3.5 Xác đinh hệ số khuếch tán ẩm hiệu cà rốt D, m2/s (3.23) 24,21 D 1,0355.10 5 exp (3.29) 3 8,314.10 T 3.2.4 Xác định hệ số trao đổi nhiệt trao đổi chất đối lưu 3.2.4.1 Xác định hệ số trao đổi nhiệt đối lưu trung bình , W/m2K Ở chế độ chảy có Re < 5.105 hệ số trao đổi nhiệt đối lưu trung bình tồn chiều dài phẳng tính theo quan hệ sau đây: y L 0, 664 Re1/2 Pr1/3 kk L (3.34) 3.2.4.2 Xác định hệ số trao đổi chất đối lưu M, m/s Do tượng trao đổi nhiệt trao đổi chất điều kiện khảo sát có tính chất tương tự nên việc xác định hệ số trao đổi chất M xác định từ phương trình tiêu chuẩn D truyền chất cuối ta thu biểu thức: M y L 0, 664 Re1/ Sc1/3 a (3.37) L 3.2.5 Giải hệ phương trình (3.2) PP SPHH Dựa vào cân lượng vật chất viết cho phân tố từ (s) đến (c) hình 3.1, thành lập 12 phương trình bậc theo PP SPHH viết dạng hàm ẩn (đảm bảo kết hội tụ với giá trị bước thời gian ) aM 1,0 aM 1, n 1 t c at 1,0 at 1, n 1 1 a a a a t 2,0 t 2, n 1 M 2,0 M 2, n 1 (3.54) * at n 1,0 at n 1, n 1 aM n 1,0 aM n 1, n 1 M n 1 cn 1 Trong at, aM giá trị hệ số có mặt phương trình tính nhiệt độ độ ẩm, cn số giá trị tính thời điểm trước tính toán Giải hệ (3.54) phương pháp ma trận nghịch đảo cho nghiệm giá trị nhiệt độ độ -8chứa ẩm thời điểm phân tố Q trình tính tốn dừng lại độ chênh giá trị độ chứa ẩm trung bình M m bước thời gian liên tiếp đủ nhỏ ( M 105 ) Trong độ chứa ẩm trung bình theo thể tích thời điểm “m” Mm Vsm M sm Vinm M inm Vcm M cm in 1 m s V Vin Vcm in x x Ms 0 m (x xin (m))M inm Mc in 1 x x 0 m (x xin (m)) 2 in 1 (3.55) Nhiệt độ trung bình theo thể tích vật liệu thời điểm “m” tính tương tự theo biểu thức: n tm Vsm t sm Vim t im Vcm t cm i 0 m s V Vin Vcm in x m x t sm 0 m (x xin (m))t inm tc 2 in 1 x x 0 m (x xin (m)) 2 in 1 Tổng lượng nhiệt VLS nhận từ TNS sau toàn QTS là: q = q=(ta – ts), J/m2 (3.56) (3.57) 3.3 HIỆU CHỈNH PHƯƠNG PHÁP TƯƠNG TỰ XÁC ĐỊNH TGS Theo lý thuyết tương tự để xác định TGS trình bày 1.3.3, việc xác định đại lượng độ ẩm đầu, độ ẩm cuối, độ ẩm cân bằng, hệ số trao đổi ẩm đặc biệt hệ số khuếch tán ẩm VLS quan trọng chúng có ảnh hưởng trực tiếp đến kết tính TGS Trong luận án này, đề xuất phương án hiệu chỉnh cách tính TGS theo lý thuyết tương tự sau: Trong đại lượng có tác động đến TGS tính tốn theo lý thuyết tương tự việc xác định hệ số khuếch tán ẩm VLS có ảnh hưởng lớn đến kết tính tốn Đặc biệt trường hợp kể đến ảnh hưởng CN VLS, kích thước VLS sau QTS có thay đổi lớn Ảnh hưởng hệ số khuếch tán kích thước VLS tính đến tượng CN thể FoM, đại lượng tìm nhờ phương pháp tương tự: D. Fo M (3.59) Như vậy, cần phải xác định kích thước cuối end ứng với giá trị độ ẩm cuối QTS Mend, giá trị cần phải xác định hệ số khuếch tán Dend Từ tìm giá trị FoM xác cuối QTS Tuy nhiên để đảm bảo độ xác việc xác định TGS cần thiết phải có giá trị D từ TN tương ứng với q trình tính tốn Trong trường hợp có số liệu từ TN giá trị thu ứng với kích thước khơng đổi VLS chưa phản ánh hết thực tế có CN VLS Ở đây, dựa vào TN, đề xuất tính tốn giá trị end, Dend theo Mend sau: Xác định kích thước đầu 0 kích thước kết thúc QTS e (ứng với trạng thái cân VLS với TNS) Các giá trị tương ứng với độ chứa ẩm ban đầu M0 độ chứa ẩm cân Me VLS Tại thời điểm lấy mẫu M (Me < M < M0) có tương ứng kích thước (e < < 0), giả thiết tượng CN xảy theo thời gian thơng qua quan hệ (3.60), có “n” số lần lấy mẫu nên kích thước i thời điểm thứ i là: e i i (3.60) n Từ có “n” giá trị tương ứng với “n” giá trị M Xây dựng quan hệ M: = f(M) (3.61) - 11 - Hình 4.11b Mơ hình thí nghiệm HTS GT-01 Theo số tác giả, HTS BN việc dừng xả băng cần thiết trình tiến hành liên tục 25 phút sau dừng nghỉ xả băng phút hợp lý Ở tiến hành tương tự, phút lấy số liệu lần 25 phút hoạt động hệ thống dừng phút Sau máy nén dừng hoạt động số liệu ghi lại sau thống kê xử lý máy tính chương trình Excel 2010 4.2.2.4 Bố trí thiết bị đo lấy số liệu: Phần trình bày cách bố trí thiết bị đo ta, a, a đo khối lượng VSL 4.2.2.5 Khả thay đổi chế độ hoạt động HTS GT-01 Khả thay đổi chế độ hoạt động HTS GT-01 thực thông qua chế độ bật tắt MN, dàn NT, dàn NP BN BN cho bảng 4.3 Bảng 4.3 Các chế độ vận hành HTS GT-01 TT Tên chế độ A B C D E F G H I Hoạt động dàn trao đổi nhiệt NT2 ON ON ON ON ON ON ON ON ON NP2 OFF OFF OFF ON_KQ ON_KQ ON_CQ OFF ON_KQ ON_CQ NT1 ON ON ON ON ON ON OFF OFF OFF NP1 BH2 BH1 OFF ON ON ON_KQ ON ON ON_CQ ON ON ON_KQ ON ON ON_CQ ON ON ON_CQ ON ON OFF ON OFF OFF ON OFF OFF ON OFF Ghi chú: NT1 – dàn ngưng 1; NT2 - dàn ngưng ; NP1 - dàn ngưng phụ 1; NP2 - dàn ngưng phụ ; BH1 - dàn bay ; BH2 - dàn bay 2; ON_KQ - bật không dùng quạt; ON_CQ - bật dùng với quạt; ON - Bật; OFF - tắt 4.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG Thông qua nghiên cứu thực nghiệm, rút 03 kết luận sau: Xác định phương pháp thí nghiệm xác định độ ẩm ban đầu VLS Xây dựng mơ hình thiết bị thí nghiệm HTS BN kiểu bậc thang ký hiệu HTS GT-01 phục vụ nghiên cứu thực nghiệm luận án đề Xây dựng chế độ vận hành khác theo hướng đảm bảo động học QTS để khảo sát khả tiết kiệm lượng HTS GT-01 - 12 Chương KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 5.1 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU LT TNTC KHI KỂ ĐẾN HIỆN TƯỢNG CN VLS Hệ phương trình TNTC (3.2) giải với số liệu đầu vào trình bày chương bao gồm: độ ẩm tương đối a = 25 ÷ 45%, nhiệt độ ta = 30 ÷ 45oC, tốc độ a = 0,5 ÷ 2,5 m/s, độ ẩm tương đối ban đầu cà rốt w0 = 80 ÷ 90% hay độ chứa ẩm M0 = ÷ kgâ/kgVLK Từ TN với chiều dày cà rốt 2 =10 mm, nhiệt độ ban đầu t0 = 28oC xác định hệ số tốc độ CN trung bình tb = 9,091.10-8 m/s độ chứa ẩm ban đầu cà rốt M0 = 6,331 kgâ/kgVLK (hay w0 = 86,36%) Từ kết giải hệ (3.2) với số liệu tương ứng với TN, tiến hành NC ảnh hưởng sau đến độ chứa ẩm TGS cà rốt 5.1.1 Ảnh hưởng thông số TNS đến độ chứa ẩm TGS Đồ thị hình 5.1 cho thấy, tốc độ 0,5 m/s giá trị độ chứa ẩm trung bình (TB) VLS nằm phía điểm có tốc độ TNS cao khoảng 400 phút đầu Qua tính tốn, TGS dài 0,5 m/s 2,5 m/s ngắn Để đạt tới độ chứa ẩm Mend = 0,105 kgâ/kgVLK 975; 902,5 862,5 phút tốc độ 0,5; 1,5 2,5 m/s Khi tăng từ 0,5 m/s lên 1,5 m/s TGS giảm 7,4% tiếp tục tăng thêm từ 1,5 m/s lên 2,5 m/s TGS giảm 4,4% Như vậy, cần vào ảnh hưởng đến khả làm việc Hình 5.1 Đường cong sấy cà rốt chế độ o thiết bị HTS để xác định giá trị tốc a = 35%; ta = 35 C; a = 0,5÷2,5 m/s độ TNS phù hợp có giá trị tốc độ TNS mà tăng thêm khơng làm thay đổi đáng kể TGS Tiếp tục khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ TNS đến độ chứa ẩm TGS, cho nhiệt độ TNS thay đổi phạm vi từ 30 ÷ 45oC điều kiện khác không đổi, kết đồ thị hình 5.2 Sau khoảng 100 phút đầu tiên, đường cong sấy nhiệt độ khác tách thành đường riêng biệt Đường cong biểu diễn thay đổi độ ẩm chậm đường nằm ứng với nhiệt độ TNS thấp 30oC, tiếp đến đường cong biểu diễn QTS nhiệt độ 35oC, 40oC đường ứng với 45oC Càng cuối trình, đường cong có xu hướng gần vào nhau, rõ rệt từ phút thứ 600 trở Kết tính toán cho thấy, TGS để VLS đạt độ ẩm TB cuối QTS Mend = 0,105 kgâ/kgVLK (wend = 9,5%) Hình 5.2 Đường cong sấy cà rốt chế độ a = 35%; ta = 30÷45oC; a = 1,5 m/s 716,5; 805; 902,5và 1019 phút tương ứng nhiệt độ TNS 45; 40; 35 30oC Như vậy, thấy nhiệt độ TNS có ảnh hưởng lớn đến QTS, sai lệch TGS lớn 42,2% Trong đó, độ chứa ẩm cần Me tính theo (3.22) 30oC 45oC 0,095 kgâ/kgVLK 0,082 kgâ/kgVLK Như vậy, thay đổi độ chứa ẩm cân từ 30oC lên 45oC (0,095-0,082)/0,095 = 13,7% Qua tính tốn, độ chứa ẩm cân - 13 giảm xuống 13,7% TGS giảm 42,2% Từ ta nhận xét nhiệt độ TNS có ảnh hưởng lớn đến QTS nhiệt độ TNS chọn cao tốt khoảng từ 30oC đến 45oC Tất nhiên lựa chọn nhiệt độ TNS, phải lưu ý đến tính chất hóa lý VLS, ảnh hưởng nhiệt độ đến chất lượng thành phần hóa học VLS khả làm việc BN… Độ ẩm tương đối TNS có ảnh hưởng đến TGS độ chứa ẩm VLS chúng tơi nghiên cứu phạm vi từ 25 ÷ 45% điều kiện khác không thay đổi Kết cho thấy độ ẩm tương đối TNS khác thay đổi độ chứa ẩm tồn QTS có chung dạng đường cong mà khơng có tách biệt rõ ràng trường hợp nhiệt độ TNS thay đổi Khi độ ẩm tương đối TNS thấp TGS ngắn, điều ln kết tính tốn thể điều Để thấy rõ khác nhau, biểu diễn đường cong sấy nửa cuối QTS đồ hình 5.4 Theo số liệu tính tốn hình 5.4, để độ ẩm cuối đạt đến giá trị Mend = 0,105 kg/kgVLK 836 phút = 25%, 902,5 phút = 35% 1192 phút với = Hình 5.4 Đường cong sấy cà rốt chế 25% Kết làm rõ ảnh hưởng độ độ a = 25÷35%; ta = 35oC; a = 1,5 m/s ẩm TNS đến TGS sử dụng MHKCN, điều chưa chứng minh rõ ràng 5.1.2 Ảnh hưởng điều kiện ban đầu VLS đến độ chứa ẩm TGS Nhằm đánh giá ảnh hưởng điều kiện ban đầu VLS đến thay đổi độ ẩm TGS, cho thay đổi nhiệt độ ban đầu VLS khoảng 24 ÷ 32oC; độ chứa ẩm ban đầu VLS biến thiên khoảng 4,09 ÷ 9,35 kgâ/kgVLK (hay w0 = 80,34÷90,34%) Các thông số TNS giữ nguyên không đổi bao gồm ta = 35oC, a = 35%, a = 1,5 m/s Để tiện theo dõi nhận xét, biểu diễn hình 5.5 thay đổi độ Hình 5.5 Đường cong sấy cà rốt chế độ o o ẩm TB VLS theo thời gian nhiệt độ ban đầu a=35%; ta=35 C; a =1,5m/s t0 = 28÷32 C VLS khác hình 5.6 thay đổi độ ẩm TB VLS theo thời gian độ ẩm ban đầu khác Hình 5.5 thể đường cong sấy gần trùng nhau, khác thể thông qua số liệu tính tốn cụ thể, 24oC, 28oC 32oC tổng TGS 903 phút; 902,5 phút 901,5 phút để đạt đến độ ẩm cuối Mend = 0,105 kgâ/kgVLK Như vậy, với khoảng nhiệt độ cà rốt trước cong sấy cà rốt chế độ vào sấy từ 24 ÷ 32oC khơng làm ảnh hưởng đến Hình 5.6 Đường a=35%;ta=35oC;a=1,5m/s w0= 80,3÷90,3% QTS Từ hình 5.6 thấy sấy cà rốt có độ ẩm ban đầu khác điều kiện TNS diễn biến QTS khơng có khác Để đạt tới độ ẩm cuối QTS Mend = 0,105 kgâ/kgVLK với độ ẩm ban đầu - 14 80,34% TGS 860 phút 86,34% 90,34% 902,5 938 phút Như vậy, chênh lệch TGS ứng với giá trị độ ẩm ban đầu cà rốt sấy không lớn, cụ thể chênh lệch lớn TGS 78 phút 9,1% 5.1.3 Lượng nhiệt VLS hấp thụ QTS Sau giải hệ phương trình TNTC (3.2), lượng nhiệt VLS hấp thụ QTS chúng tơi tính theo biểu thức (3.57) chương trình bày Kết tổng hợp trình bày bảng 5.1 tất trường hợp khác thông số TNS (ta, a, a) điều kiện ban đầu (t0, w0) khác củaVLS Bảng 5.1 Tổng hợp lượng nhiệt VLS hấp thụ QTS Nhiệt độ TNS ta o C 30 35 40 45 Lượng nhiệt VLS hấp thụ q kJ/m 271,3 383,5 492,3 602,9 TGS phút 1019 902,5 805 716,5 Độ ẩm tương đối TNS a % 25 35 45 - Lượng nhiệt VLS hấp thụ q kJ/m 383,8 383,5 383,1 - TGS phút 836 902,5 1192 - Tốc độ TNS a m/s 0,5 1,5 2,5 - Lượng nhiệt VLS hấp thụ q kJ/m 471,2 383,5 295,7 - TGS phút 975 902,5 862,5 - 24 28 32 - Nhiệt độ ban đầu VLS tTB o C Lượng nhiệt VLS hấp thụ q kJ/m 493,8 383,5 296,1 - TGS phút 903 902,5 901,5 - Độ ẩm tương đối TB VLS w % 80,34 86,34 90,34 - Lượng nhiệt VLS hấp thụ q kJ/m2 1171,2 1505,1 1947,2 - TGS phút 860 902,5 938 - Từ bảng 5.1 nhận thấy độ ẩm TNS thay đổi, lượng nhiệt VLS hấp thụ QTS thay đổi Và tương tự nhận xét ảnh hưởng nhiệt độ TNS đến TGS trên, cho nhiệt độ TNS tăng lên, lượng nhiệt VLS hấp thụ tăng theo TGS giảm xuống Do nên lựa chọn nhiệt độ TNS cao tốt phạm vi 30÷45oC, độ ẩm tương đối tốc độ TNS cần dựa điều kiện phù hợp với phạm vi làm việc HTS Điều đảm bảo cung cấp nhiệt cho VLS nhanh theo tính toán lượng nhiệt VLS hấp thụ Mặt khác xem xét lượng nhiệt VLS hấp thụ điều kiện ban đầu khác VLS thấy khác rõ ràng Nếu nhiệt độ ban đầu VLS tăng lên lượng nhiệt VLS hấp thụ giảm ngược lại độ ẩm ban đầu VLS tăng lên lượng nhiệt VLS hấp thụ tăng lên theo Điều phản ánh thực tế chênh lệch nhiệt độ VLS TNS lớn lượng nhiệt cung cấp cho VLS nhiều để tiệm cận nhiệt độ VLS Bên cạnh độ ẩm ban đầu VLS tăng lên lượng nhiệt cung cấp cho VLS cần nhiều Tóm lại, dựa kết NC ảnh hưởng thông số TNS điều kiện ban đầu VLS đến TGS QTS, lựa chọn thông số để NC động học QTS sau: TNS có a = 35%, ta = 35oC, a = 1,5 m/s, VLS có t0 = 28oC, w0 = 86,4% hay độ chứa ẩm ban đầu M0 = 6,33 kgâ/kgVLK Kết nghiên cứu động học QTS trình bày mục - 15 5.1.4 Động học QTS 5.1.4.1 Đường cong sấy Từ đồ thị hình 5.7 chúng tơi thấy khơng tồn giai đoạn tốc độ sấy không đổi sấy cà rốt điều kiện NC Toàn QTS nằm giai đoạn tốc độ sấy giảm dần, điều phù hợp với nhận xét số cơng trình cơng bố ngồi nước Đối với mơ hình tốn học (3.2) trình bày chương 3, kết tính tốn phản ánh diễn biến QTS theo lý thuyết sở kỹ thuật sấy chứng tỏ MHCN đáp ứng yêu cầu để nghiên cứu LT Hình 5.7 Đường cong sấy cà rốt chế độ a=35%; ta=35oC; a =1,5 m/s 5.1.4.2 Đường cong nhiệt độ sấy Đặc trưng cho tính chất keo xốp mao dẫn đặc biệt giai đoạn tốc độ sấy giảm dần, nhiệt độ tâm tc có xu hướng tiến đến gần nhiệt độ bề mặt, điều giống nhận xét số tài liệu công bố Mặt khác, đồ thị hình 5.8 xuất khoảng thời gian có giảm nhiệt độ tâm bề mặt VLS thời gian ngắn sau bề mặt tâm ttcc ts VLS tăng nhiệt độ Theo phân tích thay đổi nhiệt độ QTS, việc tăng nhiệt độ tâm Hình 5.8 Đường cong nhiệt độ sấy cà rốt bề mặt VLS chứng tỏ bắt đầu giai đoạn tốc chế độ 35oC;1,5 m/s;35% độ sấy giảm dần Để xác định rõ thời điểm bắt đầu giai đoạn tốc độ sấy giảm dần, biểu diễn thay đổi nhiệt độ tâm tc thay đổi nhiệt độ bề mặt ts VLS theo thời gian phút QTS hình 5.9 Trên hình 5.9 thể giai đoạn tốc độ sấy giảm dần bắt đầu phút thứ 2,5 trở (khi nhiệt độ tâm tc nhiệt độ bề mặt ts tăng) Để NC toàn thay ts đổi nhiệt độ VLS theo thời gian, chúng tơi Hình 5.9 Đường cong nhiệt độ sấy cà rốt biểu diễn đường thay đổi nhiệt độ tâm tc, bề chế độ 35oC;1,5 m/s;35% phút đầu mặt ts nhiệt độ TB VLS đồ thị hình 5.10 Từ kết tính tốn hình 5.10 cho thấy, khoảng 50 phút đầu, nhiệt độ VLS tăng nhanh sau tăng chậm dần, nhiệt độ bề mặt lúc 33,9oC tâm 33,7oC, nhiệt độ TB VLS 33,8oC Nếu tổng TGS 902,5 phút để độ ẩm đạt đến giá trị Mend = 0,105 kgâ/kgVLK (hay wend = 9,5%) trình ts ttb tc có 50 phút để nhiệt độ VLS tăng lên 5,9oC cịn lại 855,5 phút (chiếm 94,47% Hình 5.10 Thay đổi nhiệt độ tâm tc, bề mặt ts nhiệt độ TB cà rốt ttb theo thời gian tổng TGS) để nhiệt độ VLS tăng lên thêm khoảng chế độ 35oC;1,5m/s;35% - 16 o 1,2 C Như vậy, lượng nhiệt từ TNS truyền vào VLS để làm biến lỏng VLS thành mà không làm thay đổi nhiệt độ VLS Hình dạng đường thay đổi nhiệt độ phản ánh giống đường biểu diễn thay đổi nhiệt độ QTS tài liệu KTS 5.1.4.3 Đường cong tốc độ sấy Hình 5.11 thể rõ đường cong tốc độ sấy xác định chế độ tốc độ sấy giảm dần mà không tồn giai đoạn tốc độ sấy không đổi giai đoạn đốt nóng Trên đồ thị có tồn điểm uốn, điểm tới hạn thứ theo cách gọi số tác giả Đường cong có với đặc tính đường cong đặc trưng cho vật liệu ẩm có cấu trúc dạng Hình 5.11 Đường cong tốc độ sấy cà rốt keo xốp mao dẫn phổ biến loại nông sản chế độ a=35%; ta=35oC; a =1,5 m/s 5.1.4.4 Lượng nhiệt VLS hấp thụ Nghiên cứu lượng nhiệt VLS hấp thụ QTS giúp chúng tơi hiểu q trình trao đổi nhiệt TNS VLS cung cấp thêm thông tin để đưa giải pháp trình vận hành HTS cho có lợi mặt lượng Chúng tơi biểu diễn kết tính tốn lượng nhiệt VLS hấp thụ theo biểu thức (3.57) đồ thị hình 5.12, hình 5.13 Hình 5.12 Lượng nhiệt VLS hấp thụ theo thời gian chế độ ta = 35oC; a = 1,5 m/s;a = 35% Hình 5.13 Tổng lượng nhiệt VLS hấp thụ theo thời gian chế độ ta = 35oC; a = 1,5 m/s;a = 35% Từ hình 5.12 cho thấy thời gian đầu QTS, khoảng 50 phút lượng nhiệt VLS hấp thụ ứng với bước thời gian tăng nhanh Ví dụ khoảng từ phút thứ đến phút thứ 1,5 lượng nhiệt VLS nhận 3,056 kJ/m2 Sau lượng nhiệt VLS hấp thụ bước có xu hướng giảm dần, phút 12 đến 12,5 VLS nhận 2,737 kJ/m2 hay phút thứ 24,5 đến 25 1,657 kJ/m2 Ta thấy, TGS tăng lượng nhiệt VLS hấp thụ bước giảm Ở cuối QTS, lúc chênh lệch nhiệt độ VLS TNS nhỏ nên lượng nhiệt VLS nhận giảm tiến dần đến Như vậy, khoảng 100 phút đầu QTS, lượng nhiệt VLS hấp thụ bước có thay đổi đáng kể Tuy nhiên, hình 5.13 thể tổng lượng nhiệt VLS hấp thụ đến phút 100 228,1 kJ/m2 toàn QTS cần 383,5 kJ/m2, sau 100 phút giá trị đạt 59,5% Mặt khác, tổng TGS theo tính toán 902,5 phút để độ chứa ẩm TB VLS giảm từ M0 = 6,331 kgâ/kgVLK xuống Mend = 0,105 kgâ/kgVLK sau 100 phút độ chứa ẩm giảm xuống 3,546 kgâ/kgVLK chiếm 56,9% tổng lượng ẩm cần giảm xuống Ở có tương đồng tổng lượng nhiệt VLS hấp thụ so với giảm độ chứa ẩm TB VLS Bên cạnh đó, TGS 100 phút chiếm 11,1% tổng số 902,5 phút để hồn thành QTS Điều có nghĩa gần 90% tổng TGS để tách 40% độ ẩm lại VLS Qua nghiên cứu lượng nhiệt VLS hấp thụ thấy tồn vấn đề cần giải - 17 lượng nhiệt VLS hấp thụ giảm dần theo thời gian cần tập trung giai đoạn đầu QTS Vì vậy, cần có biện pháp tăng cường cấp nhiệt cho VLS giai đoạn Cùng với đó, phải có biện pháp giảm dần cấp nhiệt cho VLS giai đoạn sau, cuối QTS Đối với HTS BN vấn đề quan trọng sử dụng sấy mẻ tuần hồn kín nhiệt độ TNS cao nhiệt độ môi trường Do đó, phần chúng tơi đề xuất phương án vận hành HTS BN kiểu bậc thang để giải lượng nhiệt thừa khỏi hệ thống cách có lợi mặt lượng 5.2 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 5.2.1 Xác định thông số VLS TNS để tính lý thuyết theo giá trị TN Qua TN từ A đến I, lựa chọn TN hoạt động theo chế độ C để làm thơng số sở cho tính tốn lý thuyết Hệ phương trình TNTC (3.2) trường hợp có kể đến CN VLS khơng xét đến CN VLS tính với giá trị theo TN chế độ C sau: Vật liệu sấy: Chiều dày 20 = 10mm; đường kính L = 50mm; Độ chứa ẩm ban đầu TB VLS M0 = 6,33 kgâ/kgVLK hay w0 = 86,4%; Độ chứa ẩm cuối TB VLS Mend =0,136 kgâ/kgVLK ứng với wend = 12% (theo số tài liệu, giá trị độ ẩm bảo quản cà rốt sấy 12% nên chọn giá trị cuối QTS 12%); Độ chứa ẩm cân VLS Me = 0,1 kgâ/kgVLK tương đương we= 9,1% ; Nhiệt độ ban đầu VLS t0 = 28oC; chiều dày kết thúc QTS (trạng thái cân bằng) 2e = mm; tốc độ CN VLS tb=9,091.10-8 m/s Tổng thời gian sấy 550 phút để đạt đến trạng thái cân (we= 9,1%) 535 phút để độ ẩm cà rốt sấy đạt wend = 12% Tác nhân sấy: nhiệt độ ta = 43,9oC; tốc độ a = 1,5 m/s độ ẩm a = 46,5% Dựa vào thông số trên, giải hệ phương trinh TNTC (3.2) phương pháp SPHH, tiến hành tính tốn với MHKCN tốc độ CN tb = MHCN tb=9,091.10-8 m/s 5.2.2 Đánh giá độ xác MHCN so với TN 5.2.2.1 Đánh giá theo thay đổi độ ẩm tương đối VLS Kết giải hệ phương trình TNTC (3.2) với điều kiện đơn trị tương ứng với MHCN MHKCN sử dụng để đánh giá mức độ phù hợp với số liệu từ NC TN Số liệu tính tốn lý thuyết số liệu TN biểu diễn thay đổi độ ẩm tương đối TB VLS QTS trình bày bảng 5.2 Bảng 5.2 Kết TN tính toán lý thuyết độ ẩm tương đối TB VLS TGS MHCN , phút w, % 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 86,4 83,2 80,7 78,1 75,3 72,2 68,9 65,2 61,3 57,1 52,7 48,2 MHKCN w, % TN w, % TGS , phút 86,4 83,2 80,7 78,2 75,6 72,8 69,9 66,8 63,6 60,3 57,0 53,6 86,4 85,0 83,5 81,5 79,3 76,8 74,2 71,1 68,5 65,7 62,1 57,9 300 325 350 375 400 425 450 475 500 525 530 535 MHCN MHKCN w, % w, % 43,8 39,3 35,1 31,1 27,4 24,1 21,2 18,7 16,6 14,8 14,5 14,3 50,2 46,8 43,6 40,4 37,4 34,5 31,9 29,4 27,1 25,0 24,7 24,3 TN w, % TGS , phút MHCN w, % MHKCN w, % TN w, % 53,4 48,3 42,7 37,4 32,5 27,8 22,9 18,8 15,3 13,3 12,5 12,2 540 545 550 575 600 625 650 675 700 725 750 775 14,0 13,7 13,4 12,0 - 23,9 23,5 23,2 21,5 19,9 18,6 17,4 16,3 15,3 14,5 13,3 12,0 10,8 9,9 9,1 - Sự thay đổi độ ẩm tương đối TB VLS theo thời gian từ TN, từ kết tính tốn MHCN MHKCN chúng tơi biểu diễn đồ thị hình 5.14 Từ bảng 5.2 đồ thị hình 5.14 cho thấy kết tính tốn mơ hình lý thuyết MHCN TN tương đối gần điểm cuối - 18 mơ hình MHKCN có điểm cuối xa trục thời gian Như thấy MHCN thể trình biến đổi độ ẩm VLS phù hợp với TN Sự phù hợp đánh giá qua hệ số MAE = 10,5%, RMSE = 0,06 MHCN hệ số MAE = 18,2% RMSE = 0,06 MHKCN Khi so sánh TGS ta thấy kết TN biểu thị VLS có độ ẩm tương đối TB 12% phút 535 tính tốn MHCN cho giá trị 12% phút 575 MHKCN cho giá trị 12% sau 775 phút Sai lệch TGS dựa kết TN tính Hình 5.14 So sánh kết thí nghiệm tính tốn lý thuyết 7,5% MHCN 44,9% toán lý thuyết với MHCN MHKCN chế độ 43,90C; 46,5%; 1,5 m/s MHKCN Qua đó, chúng tơi rút nhận xét dựa vào giá trị độ ẩm wend = 12% trường hợp tính tốn với MHCN MHKCN theo TN kết chưa thể khác biệt rõ ảnh hưởng tượng CN VLS Trong đó, bỏ qua tượng CN VLS TGS tăng thêm 240 phút tức tăng thêm 44,9% Tóm lại, VLS cà rốt dạng lát mỏng, sử dụng MHKCN không phù hợp cần phải sử dụng MHCN nghiên cứu TNTC QTS 5.2.2.2 Đánh giá theo thay đổi khối lượng VLS Từ đồ thị hình 5.15 cho thấy, sai lệch TGS MHCN TN không lớn, tương tự kết luận NC thay đổi độ ẩm tương đối TB VLS theo TGS Sai lệch TGS để khối lượng VLS đạt đến giá trị 0,15 kgVLÂ 575 phút, 775 phút 535 phút ứng với MHCN, MHKCN TN Sau đánh giá thay đổi khối lượng độ ẩm tương đối VLS theo thời gian MHCN MHKCN với TN, chúng tơi Hình 5.15 Đường cong thay đổi khối lượng VLS thấy trường hợp nghiên cứu TNTC thí nghiệm lý thuyết chế độ 43,90C; 46,5%; 1,5m/s VLS dạng phẳng cà rốt dạng thái lát, bỏ qua ảnh hưởng CN VLS gặp sai số tương đối lớn TGS Và để giảm sai số tính toán TGS, cần thiết phải xét đến tượng CN VLS 5.2.2.3 Đánh giá theo tốc độ sấy Tốc độ sấy đại lượng biểu thị quan hệ giảm ẩm theo thời gian độ chứa ẩm VLS Sự phù hợp MHCN MHKCN với TN đánh giá thông qua tốc độ sấy hình 5.16 Đường cong tốc độ sấy hình 5.16 cho thấy giá trị MHCN tiến đến gần với giá trị TN phạm vi độ chứa ẩm M = 0,1 ÷ 4,4 kgâ/kgVLK Tốc độ sấy MHCN nằm giá trị tốc độ sấy MHKCN TN Đó Hình 5.16 Đường cong tốc độ sấy MHCN, MHKCN TN chế độ ta = 43,9oC; a = 46,5%; phần lớn thời gian QTS chiếm a = 1,5 m/s đến 85% tổng TGS Đồ thị hình 5.16 - 19 khơng thể có mặt giai đoạn đốt nóng giai đoạn tốc độ sấy khơng đổi Như thấy xác so với kết TN tăng lên sử dụng MHCN Trên hình 5.16 cho thấy có tồn điểm tới hạn thứ hai, giá trị độ chứa ẩm trạng thái giới hạn 1,92 kgâ/kgVLK Qua tính tốn so sánh kết giải hệ phương trình TNTC (3.2) cho thấy sử dụng MHCN, độ xác so với TN tăng lên so với MHKCN Về mặt TGS, MHCN cho kết tương đối gần với TGS từ TN, sai số 7,5% MHKCN sai số lên tới 44,9% Mặt khác, NC thay đổi khối lượng VLS hay tốc độ sấy QTS chứng minh MHCN có độ xác tốt so với MHKCN Những điều thể tính hợp lý xét đến tượng CN VLS giải hệ phương trình TNTC (3.2) 5.2.3 Đánh giá hiệu chỉnh PP xác định TGS theo LT tương tự kể đến CN VLS 5.2.3.1 Xác định hệ số khuếch tán ẩm theo CN VLS Quan hệ chiều dày độ chứa ẩm cà rốt theo TN chúng tơi xác định theo trình bày mục 3.3 kết thu có dạng: = 0,0033.M0,2212 (5.1) Từ TN ta có quan hệ TGS độ chứa ẩm không thứ nguyên theo dạng: M ln( ) ln MR 1, 2232.104. 0.21 (5.2) M0 Từ rút độ dốc k trường hợp 0,00012232 1/s Thay k 0, e vào (3.63) thu D0 De là: k.4. 1, 2232.10 4.4.0, 0052 D0 1,23936.10-9 m2/s 2 3,1415 (5.3) k.4. 1, 2232.104.4.0, 0022 1,98298.1010 m2/s 2 3,14152 (5.4) De Như vậy, xác định giá trị hệ số khuếch tán trạng thái đầu D0, trạng thái cân De theo TN quan hệ kích thước cà rốt sấy theo độ chứa ẩm (5.1) Từ lập luận nêu sử dụng biểu thức (3.64), giá trị hệ số Dend độ chứa ẩm cuối cà rốt Mend = 0,139 kgâ/kgVLK hay độ ẩm tương đối wend = 12,2 % là: D end 1, 23936.10 9 1,98298.10 10 2,178.10 3 0, 002 1,98298.10 10 0, 005 0, 002 D end 2, 60698.10 10 (5.5) m /s Trong chiều dày trạng thái cuối end tính từ (5.1), coi khoảng thời gian cuối QTS từ phút thứ 525 đến phút thứ 535 thay đổi kích thước chiều dày không đáng kể bằng: end = 0,0033.(0,153)0,2212 = 0,002178 m Sau có giá trị hệ số khuếch tán D từ TN, thay vào biểu thức tính tốn TGS theo phương pháp tương tự ta thu giá trị cần tìm 5.2.3.2 Xác định thời gian sấy Về mặt toán học, tượng trao đổi ẩm xảy lát cà rốt TBS tương tự trường hợp dẫn nhiệt qua phẳng với điều kiện biên loại đối xứng Theo lý thuyết tương tự, nghiệm trường hợp dẫn ẩm điều kiện biên loại đối xứng có hình dạng tương tự nghiệm trường hợp dẫn nhiệt qua phẳng điều kiện biên loại đối xứng Tỷ số nhiệt lượng Q(0,) tỏa từ thời điểm 0 nhiệt lượng Q(0,) tỏa từ thời điểm đầu đến vơ 0 có Q dạng: exp(μ Fo) 0, τ θ* 2Bi n T 2 Q n μ [μ Bi(Bi 1)] 0, n n Theo lý thuyết tương tự trình bày mục 1.3.3.3 ta có: (5.6) - 20 M M exp(μ Fo ) e n M MR 2Bi M 2 Q M M n μ [μ Bi (Bi 1)] 0, M (0, ) e n n M M Q 0, τ M (0, ) (5.7) Trong MR độ chứa ẩm không thứ nguyên : M M exp(μ Fo ) e n M MR 2Bi M n μ [μ Bi (Bi 1)] M M e n n M M (5.8) M L , hệ số trao đổi chất trung bình M, m/s tính theo (3.37), giống xác định hệ D số trao đổi nhiệt đối lưu trung bình , W/m2K trình bày chương Kết tính tốn đại lượng cho bảng 5.6 Bảng 5.6 Kết tính tốn đại lượng Bi M TT Đại lượng Ký hiệu Hệ số nhớt động lực TNS , kg/m.s Khối lượng riêng TNS , kg/m3 Hệ số nhớt động học TNS Hệ số khuếch tán ẩm khơng khí Biểu thức tính Kết 1,767676.10-13.t3-5,5411255.10-11.t2 + 4,983297.10-8.t+17,196428.10-6 -3,510101.10-8.t3+1,583983.10-5.t2 4,699520.10-3.t+1,292136 , m2/s 1,88.10-5 1,15 1,64.10-5 Dâ, m2/s D â 1,87.10 10.273 t , 072 2,66.10-5 Tiêu chuẩn Reynold Re Re .L 4573,17 Tiêu chuẩn Schmidt Sc Sc Dâ 0,6165 Hệ số trao đổi chất M M 0,664 Re , Sc ,33 Tiêu chuẩn Bio truyền chất BiM Bi M M L D0 Dâ L 0,0204 821559,14 tiêu chuẩn Bi (Bi > 100) (5.8) trở thành: 2n M M e MR exp (5.9) Fo (2n 1) M M M n e Như với trường hợp BiM lớn, việc xác định FoM trở nên đơn giản Với liệu biết, TGS xác định tìm FoM, để đảm bảo xác cho tính tốn tính FoM, lấy giá trị (5.9) tương ứng n =1, 2, Ta có độ chứa ẩm khơng thứ ngun MR bằng: MR M M e 0,139 0,1 0,00626 M M 6,330 0,1 e (5.10) Thay MR vào (5.9) ta FoM = 1,97113 Từ giá trị FoM vừa tìm xác định TGS Để có sở để đối chiếu khẳng định phù hợp kết xác định TGS theo phương pháp tương tự với TN, tiến hành so với phương pháp giải hệ phương trình TNTC (3.2) trình bày phần trước bảng 5.2 Kết so sánh tổng hợp bảng 5.8 - 21 Bảng 5.8 Tổng hợp kết xác định TGS Đại lượng Độ ẩm tương đối VLS cuối QTS, % Thời gian sấy, phút Sai số so với TN, % TN PP tương tự Khơng Có CN VLS CN VLS PP giải hệ phương trình TNTC Khơng Có CN VLS CN VLS 12 12 12 12 12 535 662,7 23,9 598,8 11,9 775 44,9 575 7,5 Từ bảng so sánh kết 5.8 thấy khơng xét đến CN VLS PP tương tự xác định TGS có sai số so với TN 23,9% PP giải hệ phương trình TNTC 44,9% Mặt khác, xét ảnh hưởng CN VLS đến QTS độ xác so với TN tăng lên đáng kể PP Cụ thể PP tương tự sai số so với TN giảm 11,9% phương pháp giải hệ phương trình TNTC 7,5% Như vậy, xét đến tượng CN VLS, kết xác định TGS PP tương tự PP giải hệ phương trình TNTC có sai số nhỏ 12%, kết đáng quan tâm cho thấy cần thiết việc xét đến ảnh hưởng tượng CN VLS tính tốn QTS Mặt khác, phương pháp tương tự xác định TGS cho kết nhanh đơn giản phương pháp giải hệ phương trình TNTC với sai số chấp nhận so với TN Điều có ý nghĩa việc khẳng định phù hợp phương pháp tương tự xác định TGS so với TN 5.2.4 Thí nghiệm kiểm chứng khả tiết kiệm lượng HTS GT-01 Kết TN vận hành HTS GT-01 theo bảng 4.3 thu thập, xử lý, tính tốn cho bảng 5.10 Bảng 5.10 Tổng hợp kết thí nghiệm tính tốn từ chế độ sấy A-I Các đại lượng trung bình A Độ chứa ẩm đầu M0, kg/kgVLK 6.30 Độ chứa ẩm cân Me, kgâ/kgVLK 0.11 Khối lượng VLSđầu G0, kgVLÂ 1.00 Khối lượng VLS cân Ge, kgVLÂ 0.152 Khối lượng VLK Gk, kgVLK 0.137 o Nhiệt độ TNS ta C 46.2 58.5 Độ ẩm TNS a % 500 Thời gian sấy , phút Lượng tách ẩm riêng SMER, kgâ/kWh 0.061 B 6.35 0.11 1.00 0.150 0.136 48.8 52.8 450 0.064 C 6.35 0.10 1.00 0.150 0.136 43.9 46.5 550 0.061 Chế độ thí nghiệm D E F 6.19 6.19 6.30 0.09 0.09 0.11 1.00 1.00 1.00 0.151 0.151 0.152 0.139 0.139 0.137 50.8 49.0 40,7 42.4 39.5 48,6 475 425 450 0.061 0.065 0.068 G 6.25 0.11 1.00 0.153 0.138 42,78 55.3 600 0.054 H 6.30 0.10 1.00 0.151 0.137 49.6 50,5 565 0.056 I 6.30 0,11 1.00 0.152 0.137 39,9 52,5 700 0.060 Đánh giá mặt tiết kiệm lượng sử dụng HTS BN kiểu bậc thang trình bày chương 4, chúng tơi lựa chọn chế độ hoạt động giống HTS GT-01 để so sánh bảng 4.3 5.10 Với chế độ A G, chạy MN để TNS thay đổi theo bậc hệ số SMER A 0,061 kgâ/kWh không chạy HTS theo bậc chế độ G có SMER 0,054 kgâ/kWh Hệ số SMER chế độ A tăng lên so với chế độ G 0,007 kgâ/kWh tức khả tiết kiệm lượng tăng lên 13% sử dụng chế độ sấy A để tách khoảng 0,85 kg ẩm khỏi VLS cà rốt Tuy nhiên, TGS chế độ sấy A nhỏ TGS chế độ sấy G 100 phút tương đương giảm 16,7% TGS so với chế độ G So sánh tiếp chế độ hoạt động D (chạy MN mở NP) với chế độ H (chạy MN mở NP) Kết cho thấy chế độ D H có SMER lần lượng 0,061kgâ/kWh 0,056 kgâ/kWh Như vậy, ta tiết kiệm 8,9% lượng sử dụng chế độ hoạt động để TNS thay đổi nhiệt độ theo bậc TGS chế độ D giảm đáng kể so với chế độ H Từ bảng 5.10 cho biết, HTS làm việc chế độ D, TGS giảm 90 phút hay - 22 15,9% so với chế độ H Đối với chế độ hoạt động F (tất MN NP làm việc) chế độ I (MN1 NP1 hoạt động) cho thấy TGS chế độ F nhỏ chế độ I 250 phút (bằng 35,7%) Hệ số SMER chế độ F cao chế độ I 0,008 kgâ/kWh hay giảm tiêu hao lượng 13,3% Tóm lại, thông qua nghiên cứu chế độ TN chứng minh khả tiết kiệm lượng HTS BN kiểu bậc thang Mặt khác, qua NC lượng nhiệt hấp thụ VLS mục 5.1.3.4 chế độ TN khác đề xuất phương án vận hành HTS GT-01 sau: Trong chu kỳ (50 phút), vận hành HTS GT-01 chế độ A (bảng 4.3) cho nhiệt độ TNS tăng dần ứng với thời điểm nhiệt lượng VLS hấp thụ cực đại sau thải nhiệt khỏi hệ thống (với phương án vận hành dàn trao đổi nhiệt từ B đến I nêu bảng 4.3) Kết thúc chu kỳ , HTS ngừng hoạt động để xả băng Đây phương án vận hành HTS GT-01 kiến nghị nhằm đáp ứng khả thải nhiệt khỏi HTS cách hợp lý Sau chúng tơi trình bày kết NC TN theo phương án 5.2.5 Thực nghiệm đánh giá khả tiết kiệm NL theo phương án đề xuất VLS sử dụng để NC đánh giá khả tiết kiệm lượng HTS GT-01 tương tự TN trên, cà rốt lát mỏng 10mm Để đánh giá khả tiết kiệm lượng HTS GT-01 theo hướng đáp ứng động học QTS, tổ chức 02 chế độ TN (mỗi chế độ thực lần) với khối lượng VLS ban đầu lượng ẩm tách khỏi VLS Trong chế độ thí nghiệm (TN1), HTS vận hành chế độ F tức dàn BH, dàn NT dàn NP hoạt động, 25 phút nghỉ phút để xả băng Đây TN chế độ F giới thiệu Cách vận hành coi sấy (cấp nhiệt) liên tục, hiểu TN chế độ sấy phổ biến Trong chế độ thí nghiệm (TN2) thí nghiệm kiểm chứng khả tiết kiệm NL kiến nghị chu kỳ 50 phút, HTS hoạt động chế độ A đến I (bảng 4.3), chế độ phút, chạy hết chế độ 45 phút nghỉ phút dừng máy để xả băng Mục đích TN2 cấp nhiệt cho VLS cách nhanh nhất, sau giảm dần lượng nhiệt cách thải ngồi mơi trường từ từ thơng qua dàn NP Kết tổng hợp cho bảng 5.11 Bảng 5.11 Kết thí nghiệm đánh giá khả tiết kiệm lượng Đại lượng Khối lượng VLS ban đầu G0, kgVLÂ Khối lượng VLS cân Ge, kgVLÂ Độ chứa ẩm ban đầu M0, kg/kgVLK Độ chứa ẩm cân Me, kg/kgVLK Nhiệt độ TB TNS taoC Độ ẩm tương đối TB TNS a, % Tốc độ TB TNS a, m/s Thời gian sấy, phút Lương tách ẩm riêng SMER TB, kgâ/kWh Độ tăng SMER, % so với TN1 Độ tăng TGS, % so với TN1 TN1 0,152 6,30 0,11 40,7 48,6 1,5 450 0,068 - TN2 0,153 6,30 0,11 44,4 55,7 1,5 475 0,081 19,1% 5,6% Kết TN cho thấy, với TN2, khả tiết kiệm lượng theo phương án sấy đề xuất so với phương án sấy thông thường TN1 đạt tới 19,1% TGS tăng lên 5,6% Về mặt TGS, kết phù hợp với nhận xét mục 5.1.1 đánh giá ảnh hưởng độ ẩm TNS đến TGS, cụ thể TN2 độ ẩm TNS tăng lên so với TN1 khoảng 14,6% TGS tăng lên 5,6% - 23 5.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG Qua nghiên cứu động học QTS lý thuyết thực nghiệm rút số kết luận sau: Ảnh hưởng thông số nhiệt độ TNS đến QTS rõ ràng, phạm vi từ 30oC đến 45oC, nhiệt độ TNS cao có lợi cho QTS cà rốt nên chọn nhiệt độ 45oC để giảm TGS mà đảm bảo độ ẩm cuối QTS chất lượng Nhiệt độ VLS trước sấy, cụ thể cà rốt khoảng từ 24oC đến 32oC không ảnh hưởng nhiều đến TGS QTS, giá trị nhiệt độ ban đầu phụ thuộc vào điều kiện sơ chế, bảo quản trước đưa vào BS nên lựa chọn cho phù hợp với điều kiện thực tế Độ ẩm ban đầu VLS cao làm tốc độ thoát ẩm không ổn định nguyên nhân gây CN biến dạng lớn VLS, yếu tố bất lợi cho QTS Tuy nhiên, độ ẩm ban đầu VLS loại sản phẩm nông sản hay cà rốt phụ thuộc nhiều vào giống cây, mùa thu hoạch chế độ sơ chế bảo quản… Nhiệt độ bề mặt VLS cà rốt có thay đổi nhanh diễn giai đoạn ngắn đầu QTS Sau nhiệt độ bề mặt tâm có xu hướng thay đổi giảm dần chênh lệch theo thời gian Đường cong tốc độ sấy cà rốt có tồn điểm tới hạn thứ hai đặc trưng vật liệu keo xốp mao dẫn Thực nghiệm chứng minh phù hợp MHCN so với MHKCN mặt trình động học QTS Kết thực nghiệm cho thấy với MHCN hệ số MAE = 10,5% MHKCN hệ số MAE = 18,2% Trong hai trường hợp hệ số RMSE so với thực nghiệm 6% Độ xác phương pháp xác định TGS theo lý thuyết tương tự cải thiện nhờ phương án đưa ảnh hưởng CN VLS theo độ chứa ẩm vào tính toán Đối với cà rốt cho kết sai số giảm từ 23,9% xuống 11,9% so với TN Năng lượng tiêu tốn cho HTS giảm sử dụng HTS BN kiểu bậc thang so với HTS hoạt động không theo bậc lớn 13,3% TGS giảm nhiều 39% Phương án vận hành chạy máy kiến nghị theo chu kỳ từ A đến I đảm bảo tiết kiệm lượng khoảng 19,1% so với trường hợp cấp nhiệt liên tục KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Dựa việc khảo cứu, phân tích yếu tố ảnh hưởng đến tượng TNTC QTS, lựa chọn mơ hình tốn học mơ tả tượng TNTC kể đến ảnh hưởng độ ẩm đến trường nhiệt độ tượng CN VLS với giả thiết CN VLS có dạng tuyến tính thể thơng qua hệ số tốc độ CN trung bình ωtb Lựa chọn phạm vi làm việc phù hợp thông số TNS sấy cà rốt BN phương pháp chần cà rốt đề đảm bảo chất lượng cảm quan, hàm lượng βcarotene màu sắc mùi vị sản phẩm Chúng bao gồm: ta= 30 ÷ 45oC, a = 25 ÷ 45%, a: 0,5 ÷ 2,5 m/s MHCN giải phương pháp SPHH cho kết phù hợp với TN Sự phù hợp mơ hình mở khả nghiên cứu tượng TNTC cách tổng quát thực tế Hệ số đánh giá phù hợp MHCN MHKCN so với thực nghiệm tương ứng MAE =10,5% 18,2% Sai lệch TGS tương ứng 7,5% 44,9% Dựa vào kết nghiên cứu lý thuyết cách giải MHCN ứng với phạm vi thông số TNS VLS lựa chọn, rút số nhận xét ảnh hưởng yếu tố liên quan đến động học QTS vật liệu lát cà rốt dạng phẳng bao gồm: Nhiệt độ TNS ảnh - 24 hưởng đến QTS rõ ràng phạm vi 30÷45oC, giá trị nên lấy cao có lợi TGS; Độ ẩm TNS thay đổi từ 25% đến 45% cho chênh lệch TGS 29,9% Như nên chọn độ ẩm TNS thấp tốt cần lưu ý đến vấn đề chất lượng sản phẩm độ khô hao diễn nhanh dễ gây co ngót biến dạng lớn Tốc độ TNS thay đổi từ 0,5÷2,5 m/s cho chênh lệch TGS 11,5%, giá trị tăng lên kéo theo yểu tố công nghệ nên cần lựa chọn phù hợp Ngoài đánh giá ảnh hưởng yếu tố ban đầu VLS đến QTS, thấy độ ẩm ban đầu VLS có ảnh hưởng lớn nhiều so với nhiệt độ ban đầu giá trị hoàn toàn phụ thuộc vào điều kiện khách quan mùa thu hoạch, điều kiện sơ chế…nên khó lựa chọn tối ưu Việc xác định TGS theo lý thuyết tương tự dù ứng dụng nhiều cơng trình NC cịn hạn chế bỏ qua ảnh hưởng tượng CN VLS Bằng cách xác định lại hệ số khuếch tán hiệu D theo CN VLS làm tăng xác PP Theo tính tốn, độ chứa ẩm cuối VLS Mend = 0,139 kgâ/kgVLK sai số TGS so với TN phương pháp tương tự không kể đến CN 23,9% sai số giảm xuống 11,9% áp dụng biện pháp hiệu chỉnh có kể đến CN VLS Chúng chế tạo HTS BN kiểu bậc thang HTS GT-01 hoạt động theo nguyên lý Lorenz để phục vụ thí nghiệm đánh giá khả tiết kiệm lượng hệ thống Kết TN chứng minh có 13,3% lượng tiết kiệm HTS BN kiểu bậc thang so với HTS BN hoạt động độc lập HTS GT-01 TGS giảm 39% Mặt khác đề xuất phương pháp sấy HTS GT-01 để tiết kiệm lượng vận hành theo nguyên tắc cấp nhiệt nhanh sau giảm dần thải nhiệt từ từ theo chế độ từ A-I Theo lượng tiết kiệm khoảng 19,1% so với trường hợp HTS chạy chế độ F cấp thải nhiệt ổn định NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN Lựa chọn mơ hình tốn học nghiên cứu TNTC kể đến tượng CN VLS ảnh hưởng độ ẩm đến trường nhiệt độ phù hợp với sấy bơm nhiệt Hiệu chỉnh cách tính TGS theo lý thuyết tương tự xét đến ảnh hưởng tượng CN VLS cho phẳng Đánh giá khả tiết kiệm lượng HTS BN kiểu bậc thang hoạt động HTS GT-01 KIẾN NGHỊ Qua nội dung NC luận án, thấy cần tiếp tục NC sâu số vấn đề sau: Nghiên cứu mơ hình có đầy đủ ảnh hưởng qua lại tượng khuếch tán dẫn nhiệt Xem xét bổ sung hiệu chỉnh hệ số tốc độ CN theo hướng phức tạp dạng phi tuyến trường hợp VLS có tượng cong vênh, hình dáng bị thay đổi Nghiên cứu kiểm định phù hợp phương pháp hiệu chỉnh cách tính TGS theo lý thuyết tương tự đối tượng có hình dạng phức tạp hình trụ, hình cầu… Nghiên cứu, kiểm định đánh giá phương pháp vận hành HTS GT-01 kiến nghị cho số VLS khác điều kiện phù hợp với thực tế sản xuất để khẳng định tiếp tính ưu việt phương pháp Nghiên cứu cải thiện tìm cách tăng động lực QTS cách kết hợp phương pháp sấy vi sóng hồng ngoại để tăng khả tách ẩm VLS nửa cuối QTS, phân HTS thành nhiều TBS để tận dụng nhiệt thải HTS BN từ dàn NP, tổ chức sấy liên tục DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN [1] Trương Minh Thắng (2009) Tiết kiệm lượng nhờ chu trình bậc thang và/hoặc hỗn hợp không đồng sôi tiệm cận chu trình Lorenz kỹ thuật sấy bơm nhiệt Tạp chí Năng lượng nhiệt, số 89 tháng 9/ 2009, trang16-18 [2] Nguyễn Đức Lợi, Trương Minh Thắng (2011), Xác định giải tích thời gian sấy nho theo phương pháp tương tự Tạp chí Năng lượng nhiệt, số 100 tháng 7/2011 [3] Trương Minh Thắng, Nguyễn Mạnh Hùng (2012), Nghiên cứu xây dựng mơ hình hệ thống sấy lạnh dùng bơm nhiệt hoạt động theo chu trình bậc thang phương pháp sấy tiết kiệm lượng Tạp chí Khoa học GTVT, số 40 tháng 12/2012, trang 11-17,52 [4] Trương Minh Thắng, Nguyễn Mạnh Hùng (2013), Nghiên cứu động học q trình sấy bơm nhiệt sở mơ hình truyền nhiệt truyền chất liên hợp có kể đến co ngót ,Tạp chí Khoa học GTVT, số 41 tháng 3/2013, trang 36-41 [5] Trương Minh Thắng (2013), Ứng dụng phương pháp tương tự xác định thời gian sấy sợi cà rốt Tạp chí Năng lượng nhiệt, số 112 tháng 7/2013, trang 25-27 [6] Trương Minh Thắng, Nguyễn Mạnh Hùng (2013) Hiệu chỉnh phương pháp tương tự xác định thời gian sấy xét đến ảnh hưởng co ngót vật liệu Tạp chí Khoa học GTVT, số đặc biệt, 10/2013, trang 340-345 ... chọn đề tài: ? ?Nghiên cứu trình truyền nhiệt truyền chất trình sấy bơm nhiệt kiểu bậc thang? ?? thực cấp thiết phù hợp giai đoạn Việt nam MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Mục đích luận án là: Nghiên cứu tượng TNTC... BỊ THÍ NGHIỆM HTS BN KIỂU BẬC THANG 4.2.1 HTS BN kiểu bậc thang Nội dung phần trình bày khả tiết kiệm HTS BN kiểu bậc thang so với chu trình khơng hoạt động theo kiểu bậc thang lý để xây dựng... phương trình TNTC xét đến -5tượng CN VLS Lựa chọn HTS BN hoạt động theo kiểu bậc thang để làm thiết bị TN phương pháp tiến hành xử lý số liệu TN Chương NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TRUYỀN NHIỆT TRUYỀN CHẤT
Ngày đăng: 30/03/2021, 09:22
Xem thêm:
