Xây dựng phần mềm mô phỏng quá trình truyền nhiệt báo cáo nghiên cứu khoa học giáo viên

LỜI CẢM ƠN Sau tháng tham gia nghiên cứu hồn thành đề tài giúp tơi bổ sung nhiều kiến thức bổ ích khơng chuyên ngành mà nhiều lãnh vực, ngành nghề khác Những kiến thức hữu ích giúp tơi vững tin để thực đề tài lớn sau Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy – PGS.TS Phan Đình Tuấn định hướng, tận tình dẫn giúp tơi tiếp cận hồn thành đề tài Tôi xin chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm Khoa Công nghệ Sinh học Môi trường tạo điều kiện thuận lợi suốt thời gian qua để tơi thực tốt đề tài Ngồi ra, tơi xin chân thành cảm ơn Thầy Cô Khoa, anh chị đồng nghiệp, bạn bè động viên giúp đỡ suốt chặng đường hoàn thành đề tài MỤC LỤC I GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu II TỔNG QUAN 2.1 Cơ sở lý thuyết trình truyền nhiệt 2.2 Truyền nhiệt ổn định tường phẳng khơng có nguồn nhiệt bên trong: 2.3 Tổng quan Adobe Flash ngôn ngữ Action Sript III PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU IV XÂY DỰNG MƠ HÌNH 4.1 Kết hợp giải thuật ngơn ngữ lập trình Action Sript 4.2 Giao diện phần mềm V KẾT QUẢ VI KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 11 VII TÀI LIỆU THAM KHẢO 11 PHỤ LỤC 12 Phụ lục 1: Code cho trình truyền nhiệt ổn định 12 Phụ lục 2: Code cho q trình truyền nhiệt khơng ổn định 14 XÂY DỰNG PHẦN MỀM MƠ PHỎNG Q TRÌNH TRUYỀN NHIỆT I GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề Quá trình truyền nhiệt trình đặc trưng quan trọng cho làm việc học tập liên quan đến cơng nghệ hóa học nói chung ngành sinh học, thực phẩm, y học, môi trường … Truyền nhiệt khơng phải q trình truyền vật chất mà trình truyền lượng nên khó hình dung, ta khơng thể quan sát mắt thường diễn biến trình Hiện số lượng phần mềm mô lĩnh vực cơng nghệ hóa học lớn, phổ biến PRO II, Hysys, Dynsim Tuy nhiên phần mềm đòi hỏi quyền, phức tạp để sử dụng tập trung vào việc tính tốn, xử lý số liệu q trình truyền vận, hóa lý, hóa học … mà hạn chế tính trực quan trình Thế nên việc xây dựng phần mềm mơ diễn biến q trình cơng nghệ, đặc biệt trình truyền nhiệt cách trực quan hơn, dễ tiếp cận cần thiết Bên cạnh mơ hình cịn giúp cho việc tính tốn nhanh chóng thuận tiện 1.2 Mục tiêu Xây dựng phần mềm tính tốn mơ trình truyền nhiệt phần mềm Adobe Flash ngơn ngữ lập trình Action Script nhằm để trực quan hóa xử lý số liệu nhanh chóng tốn liên quan đến q trình truyền nhiệt mà cụ thể trình truyền nhiệt qua vách phẳng Từ giải thuật mơ hình làm tảng cho mơ hình phức tạp ứng dụng cơng nghệ hóa học nói chung sau II TỔNG QUAN 2.1 Cơ sở lý thuyết trình truyền nhiệt Phương trình Fourier cho trình truyền nhiệt vật rắn: q T   2T  2T  2T qv  2T  2T  2T  (   )   a(   )  v  c x y z c x y z c Trong đó: a  : hệ số dẫn nhiệt độ c Hay viết dạng toán tử: q T  a2T  v   T  f ( x, y, z, )  truyền nhiệt không ổn định  c  qv      Neáu  T   T  f ( x, y , z )  v    truyền nhiệt ổn định      2T   Phương trình Laplace  Trong tốn tử  2T dùng để thay cho đạo hàm bậc hàm số T hay Trong hệ tọa độ Decac  2T   2T  2T  2T   x y z Trong hệ tọa độ trụ  2T T  2T  2T T    r r r r  z 2 Với r : vector bán kính z : độ cao theo trục vng góc  : góc cực Trong hệ tọa độ cầu 2T   2T T    2T T    (1   )  r r r r     r (1   )  Với: r : vector bán kính   cos : góc vector bán kính trục Oz  : góc hình chiếu vector bán kính lên mặt phẳng Oxy với trục Oz Trường nhiệt phẳng cổ điển (dài rộng dày) q T  a 2T  v  c - Ở chế độ truyền nhiệt ổn định ( a 2T  T  ) ta có  qv 0 c Hay  2T  - qv  Nếu qv  0  2T d 2T  0 x dx Từ cho ta hàm nhiệt độ T phẳng tuyến tính T(x) 2.2 Truyền nhiệt ổn định tƣờng phẳng khơng có nguồn nhiệt bên trong: Đây loại trường nhiệt chiều (một biến) nên phương trình truyền nhiệt tổng qt có dạng: d 2T 0 dx Với điều kiện biên loại 1: T ( x)  t1  T ( x)  t2 taïi x  taïi x   Nguyên hàm tích phân lần phương tình T ( x)  C1 x  C2 Từ điều kiện biên ta có C1  T ( x)  t1  (t1  t2 ) t2  t1  ; C2  t1 , tức x : Hay dạng không thứ nguyên:  ( x)  t1  T ( x) x  t1  t2  Cường độ dòng nhiệt truyền qua tường phẳng là: q  .grad T   dT   (t1  t2 ) dx  Và nhiệt lượng truyền dẫn qua tường Q  q.F   F (t1  t2 )  2.3 Tổng quan Adobe Flash ngôn ngữ Action Sript Adobe Flash trước Macromedia Flash, gọi cách đơn giản Flash, chương trình sáng tạo đa phương tiện lẫn phần mềm dùng để hiển thị chúng Macromedia Flash Player, chương trình viết phân phối Adobe Systems Flash dùng kỹ thuật đồ họa vectơ đồ họa điểm (raster graphics) kết hợp với ngơn ngữ lập trình riêng ActionScript để diễn hoạt truyền tải luồng âm hình ảnh thông qua Flash Player Với việc sử dụng đồ họa dạng vectơ nên kích thước file nhỏ, thuận tiện cho việc lưu trữ, truyền tải chạy ứng dụng Flash công cụ chuyên dụng để phát triển thiết kế phần mềm mô kèm tạo hiệu ứng động phức tạp, mô thức động linh hoạt cao Sử dụng ngơn ngữ lập trình ActionScript để tạo tương tác, hoạt cảnh mơ hình, kết hợp file âm thanh, hình ảnh động từ đơn giản đến phức tạp III PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Thu thập tổng hợp tài liệu sở lý thuyết trình truyền nhiệt Nghiên cứu mơ hình tốn tính q trình truyền nhiệt qua vách Xây dựng phần mềm tính tốn mơ q trình truyền nhiệt IV XÂY DỰNG MƠ HÌNH 4.1 Kết hợp giải thuật ngơn ngữ lập trình Action Sript Tham khảo phần phụ lục 4.2 Giao diện phần mềm Chú thích: (1) Khung nhập nhiệt độ lị đốt (nguồn nhiệt) T1, đơn vị oC (2) Khung nhập giá trị hệ số cấp nhiệt nguồn nhiệt 1, đơn vị W/m2 K (3) Khung chọn vật liệu cho vách (tường) gồm vật liệu bản: - Thép thường - Thép hợp kim cao - Gạch chịu lửa - Gạch cách nhiệt - Gạch thường - Bê tông (4) Khung nhập hệ số dẫn nhiệt tường , đơn vị W/m.K (5) Khung nhập giá trị bề dày vách (tường) , đơn vị m (6) Khung nhập nhiệt độ bên ngồi (khơng khí) T 2, đơn vị oC (7) Khung nhập hệ số cấp nhiệt không khí 2, đơn vị W/m2.K 6 10 11 12 13 15 14 16 17 H.1 Giao diện phần mềm (8) Nút chạy chương trình (9) Khung hiển thị nhiệt độ bề mặt tường phía T v1, đơn vị oC (10) Khung hiển thị nhiệt độ bề mặt tường phía ngồi T v2, đơn vị oC (11) Khung hiển thị nhiệt độ nguồn nhiệt T1, đơn vị o C (12) Khung hiển thị hệ số truyền nhiệt trung bình trình K, đơn vị W/m2.K (13) Khung hiển thị nhiệt độ bên T 2, đơn vị oC (14) Bảng màu quy đổi hiển thị nhiệt độ nguồn nhiệt (15) Bảng màu quy đổi thể nhiệt độ vách vật liệu tương ứng (16) Bảng màu quy đổi thê nhiệt độ phía ngồi vách (17) Khung thể thời gian truyền nhiệt cho q trình khơng ổn định V KẾT QUẢ Dùng phần mềm xây dựng để tính tốn ví dụ minh họa sau: Bài tốn 1: Tính tốn hệ số truyền nhiệt, nhiệt độ tường lò làm gạch chịu nhiệt Biết nhiệt độ lò đốt đạt 1200oC, nhiệt độ khơng khí bên ngồi 30oC, bề dày vách 300 mm Kết tính tốn từ phần mềm thể H.2 Bài toán 2: Tương tự với nhiệt độ nguồn nhiệt bên đạt gần 1000oC, vật liệu thép khơng rỉ có bề dày 50 mm, nhiệt độ bên 50oC Kết tính tốn từ phần mềm thể H.3 Bài tốn 3: Tính tốn thơng số q trình truyền nhiệt khơng ổn định từ nguồn nhiệt 1200oC mơi trường ngồi qua lớp tường có vật liệu cấu tạo gạch chịu lửa, bề dày 300 mm Kết tính tốn từ phần mềm thể H.4 H.2 Kết tính tốn cho tốn H.3 Kết tính tốn cho tốn H.4 Kết tính tốn cho toán 10 VI KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Phần mềm giải gần thành công toán truyền nhiệt qua vách, bên cạnh kèm theo hiệu ứng màu sắc giúp thể trình cách trực quan Tuy nhiên truyền nhiệt qua vách phẳng nói riêng hay q trình dẫn nhiệt vật rắn nói chung phần trình truyền nhiệt tổng quát Trong bài, trình truyền nhiệt xạ, đối lưu … chưa xét đến nên hạn chế khơng nhỏ, địi hỏi cần có thời gian để phát triển mở rộng VII TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Văn Bôn, Nguyễn Đình Thọ, Giáo trình QT & TB CNHH, Tập : Quá trình thiết bị truyền nhiệt, NXB ĐH Quốc gia TP HCM, 2002 [2] Phạm Xuân Toản, Cá Tập 3, Cá n n hệ h uá trình thiết bị truyền nhiệt, NXB hoa học [3] Trần Xoa, Nguyễn Trọng n hệ H uá trình thiết bị tr n h t th ph ỹ thuật Hà Nội, huông, Phạm Xuân Toản, Sổ t y Quá trình thiết bị C n họ , Tập 1,2, Nhà xuất hoa học 11 ỹ thuật Hà Nội, 2004 , PHỤ LỤC Phụ lục 1: Code cho trình truyền nhiệt ổn định nhiet.onPress = function(){ var t1:String = nlodot.text; var t2:String = ngoai.text; var l:String = nlanda.text; var d:String = nbeday.text; var a1:String = nanpha1.text; var a2:String = nanpha2.text; var n1 = value; var n2 = value; var nvl:String = select_cb.value; n1 = t1; m2 = t2; if(nvl 0){ matc._x =150 -310*(nvl-1); trace (+nvl); } onEnterFrame = function(){ if ( t11500){ nhiet1 = 1500; } if (t1>= 800 and t1