(Đề tài NCKH) NGHIÊN cứu ẢNH HƯỞNG về bố TRÍ DÒNG CHẢY đến CHỈ số HOÀN THIỆN của các bộ tản NHIỆT KÊNH MINI (MINICHANNEL HEAT SINKS)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG VỀ BỐ TRÍ DỊNG CHẢY ĐẾN CHỈ SỐ HỒN THIỆN CỦA CÁC BỘ TẢN NHIỆT KÊNH MINI (MINICHANNEL HEAT SINKS) MÃ SỐ: T2015-48TĐ SKC004779 Tp Hồ Chí Minh, 2015 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG VỀ BỐ TRÍ DỊNG CHẢY ĐẾN CHỈ SỐ HỒN THIỆN CỦA CÁC BỘ TẢN NHIỆT KÊNH MINI (MINICHANNEL HEAT SINKS) Mã số: T2015-48TĐ/KHCN-GV Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS Đặng Thành Trung Thành viên đề tài: NCS Đoàn Minh Hùng TP HCM, 11/2015 Nghiên cứu ảnh hưởng bố trí dịng chảy đến số hồn thiện tản nhiệt kênh mini MỤC LỤC Mục lục Danh mục hình Danh mục bảng Danh mục ký hiệu chữ viết tắt Thông tin kết nghiên cứu Information on research results Phần Giới thiệu 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu 1.1.1 1.1.2 Trong nước 1.2 Mục tiêu nội dung nghiên cứu 1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.4 1.2.5 Phần Cơ sở nghiên cứu kết 2.1 Mơ hình tốn học 2.2 Lắp đặt hệ thống nghí nghiệm 2.3 Các kết thảo luận 2.3.1 2.3.2 Phần Kết luận kiến nghị Lời cảm ơn Tài liệu tham khảo Phụ lục -1- Nghiên cứu ảnh hưởng bố trí dịng chảy đến số hoàn thiện tản nhiệt kênh mini DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1 Mơ hình thực nghiệm Hình 2.2 Kích thước mẫu pass Hình 2.3 Kích thước mẫu pass Hình 2.4 Hình 3D mẫu 03 pass Hình 2.5 Hình thật tản nhiệt kênh mini pass Hình 2.6 Bộ thiết bị 54 – 11 –CT/HD – CTTB Hình 2.7 Sơ đồ nối dây cụm thu liệu Hình 2.8 Ảnh kết nối hệ thống thí nghiệm Hình 2.9 Phân bố lưới cho tản nhiệt loại pass Hình 2.10 Biểu đồ hội tụ lời giải Hình 2.11 Trường nhiệt độ tản nhiệt loại pass Hình 2.12 Trường nhiệt độ tản nhiệt loại pass Hình 2.13 Kết mơ số cho số Pass Hình 2.14 Phân bố áp suất kênh mini tản nhiệt Hình 2.15 Kết mơ số tổn thất áp suất tản nhiệt Hình 2.16 So sánh kết mô số thực nghiệm cho nhiệt độ nước Hình 2.17 Số pass ảnh hưởng đến nhiệt lượng số hồn thiện Hình 2.18 Bộ tản nhiệt loại hàn Nhơm dán PMMA Hình 2.19 So sánh tản nhiệt hàn Nhôm dán PMMA cho độ chênh nhiệt độ Hình 2.20 So sánh tản nhiệt hàn Nhôm dán PMMA cho nhiệt lượng -2- Nghiên cứu ảnh hưởng bố trí dịng chảy đến số hồn thiện tản nhiệt kênh mini DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Các thông số tản nhiệt Bảng 2.2 Độ xác dải thang đo dụng cụ thử nghiệm Bảng 2.3 Thông số lưới Bảng 2.4 So sánh kết mô số thực nghiệm cho tổn thất áp suất -3- Nghiên cứu ảnh hưởng bố trí dịng chảy đến số hồn thiện tản nhiệt kênh mini DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ac diện tích mặt cắt, m Dh đường kính quy ước, m h hệ số tỏa nhiệt đối lưu, W/m K khệ số truyền nhiệt tổng, W/m2K L chiều dài kênh micro, m m lưu lượng khối lượng, kg/s Pđường kính ướt, m Qlượng nhiệt truyền qua thiết bị, W q mật độ dòng nhiệt, W/m R nhiệt trở, m K/W Re số Reynolds T nhiệt độ, K Greek symbols độ nhớt động lực học, Ns/m khối lượng riêng, kg/m hệ số dẫn nhiệt, W/m K vận tốc, m/s Chỉ số hoàn thiện, W/kPa T nhiệt độ chênh lệch, K -4- Nghiên cứu ảnh hưởng bố trí dịng chảy đến số hồn thiện tản nhiệt kênh mini THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng bố trí dịng chảy đến số hoàn thiện tản nhiệt kênh mini (minichannel heat sinks) - Mã số: T2015-48TĐ/KHCN-GV - Chủ nhiệm: PGS.TS Đặng Thành Trung - Cơ quan chủ trì: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM - Thời gian thực hiện: 01/01/2015 đến 30/12/2015 Mục tiêu: - Tìm ảnh hưởng bố trí dịng chảy đến số hoàn thiện tản nhiệt kênh mini phương pháp mô số thực nghiệm; nghiên cứu đưa điều kiện hoạt động tản nhiệt kênh mini để nâng cao hiệu truyền nhiệt - Đặt tảng cho hướng nghiên cứu lĩnh vực truyền nhiệt Mini/micro Bộ môn công nghệ Nhiệt-Điện lạnh, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật nói riêng trường đại học khác nước nói chung - Cố gắng bắt kịp nước tiên tiến hướng nghiên cứu tương lai lĩnh vực khí nhiệt lưu chất Tính sáng tạo: Nghiên cứu nghiên cứu nước nghiên cứu giới Kết nghiên cứu: Đạt yêu cầu đặt Một nghiên cứu số thực nghiệm thực cho bốn tản nhiệt kênh mini với số pass thay đổi từ đến Các tản nhiệt có kích thước diện tích mặt cắt kênh Các đặc tính truyền nhiệt, tổn thất áp suất số hoàn thiện đề cập Trong nghiên cứu này, tản nhiệt kênh mini pass tốt truyền nhiệt tổn thất áp suất hay số hoàn thiện tương đối chấp nhận Độ chênh nhiệt độ lớn 12,7 đạt cho tản nhiệt pass lưu lượng nước vào 1,64 g/s -5- Nghiên cứu ảnh hưởng bố trí dịng chảy đến số hoàn thiện tản nhiệt kênh mini vận tốc gió m/s Ở lưu lượng khối lượng nước 1,64 g/s, tổn thất áp suất 2550 Pa số hoàn thiện 34,1 W/kPa đạt cho tản nhiệt pass Thêm vào đó, kết nghiên cứu cho thấy công nghệ hàn Nhôm cho tản nhiệt hiệu so với công nghệ dán PMMA trường hợp lưu lượng khối lượng nước lớn Các kết có ý nghĩa quan trọng hữu ích cho thiết kế tản nhiệt kênh mini Xa nữa, kết thu từ mô số phù hợp với kết từ thực nghiệm với sai số cực đại nhỏ % Sản phẩm: Ba tản nhiệt minichannel, 01 báo đăng tạp chí quốc tế EI, 02 báo khoa học đăng hội nghị quốc tế GTSD14 Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết nghiên cứu khả áp dụng: Các kết nghiên cứu đăng tạp chí uy tín trích lục Trưởng Đơn vị (ký, họ tên) Chủ nhiệm đề tài (ký, họ tên) -6- Nghiên cứu ảnh hưởng bố trí dịng chảy đến số hồn thiện tản nhiệt kênh mini INFORMATION ON RESEARCH RESULTS General information: Project title: Study on Effects of Flow Configuration to Performance Index of Minichannel Heat Sinks Code number: T2015-48TĐ/KHCN-GV Coordinator: Assoc Prof Dr Thanhtrung Dang Implementing institution: Hochiminh city University of Technology and Education Duration: from January 01, 2015 to December 30, 2015 Objective(s): Find out effects of flow configuration to performance index of the minichannel heat sinks, for both numerically and experimetally; carry out working conditions of minichannel heat sinks to enhance heat transfer efficiency Build the research on Micro/Nano heat transfer areas at the Department of Heat and Refrigeration Technology, Hochiminh city University of Technology and Education in specially and other universities of Vietnam in generally Try to follow several developed countries about one of present and future researches regarding themo-fluidics Creativeness and innovativeness: The study is the first research in Vietnam and is also one of the new researches on the world Research results: The proposed objectives have been achieved Numerical and experimental studies have been performed on four minichannel heat exchangers with varying the pass number from to The minichannel heat exchangers have the same total dimension and cross-sectional area of channels The heat transfer, pressure drop, and performance index have discussed also In this study, the minichannel heat exchanger with seven pass has the best heat transfer and the fair pressure drop The maximum temperature difference of 12.7 C was achieved for minichannel heat exchanger with seven pass having water flow rate -7- Nghiên cứu ảnh hưởng bố trí dịng chảy đến số hồn thiện tản nhiệt kênh mini of 1.64g/s and air velocity of m/s At the mass flow rate of water is 1.64 g/s, the pressure drop of 2550 Pa and performance index were achieved for the minichannel heat sink with seven pass In addition, the welding Aluminum method for MNHE is less efficiency than the bonding PMMA method These results are essential and useful for design and fabrication of minichannel heat exchanger Furthermore, the results obtained from the numerical simulation were in good agreement with those obtained from the experimental data, with the discrepancies estimated to be less than % Products: Three minichannel heat sinks, One paper published on EI journal, Two paper published on GTSD14 proceeding Effects, transfer alternatives of research results and applicability: The results publishing on international journals will be cited by scientists -8- Tổn thấ t áp suất, Pa Nghiên cứu ảnh hưởng bố trí dịng chảy đến số hồn thiện tản nhiệt kênh mini Hình 2.15 Kết mô số tổn thất áp suất tản nhiệt -36- Nghiên cứu ảnh hưởng bố trí dịng chảy đến số hồn thiện tản nhiệt kênh mini 2.3.2 Các kết thực nghiệm Các kết mô số truyền nhiệt bốn tản nhiệt kênh mini so sánh với kết thực nghiệm Hình 2.16 so sánh kết mô số thực nghiệm cho tản nhiệt kênh mini điều kiện lưu lượng nước 3,28 g/s vận tốc gió m/s Từ Hình 2.16 cho thấy kết thu từ mô số đồng thuận cao với kết thu từ thực nghiệm, giá trị sai lệch cực đại nhiệt độ nước 11 C sai số cực đại 2% 60 Nhiệt độ nước ra, 0C 50 Exp 30 20 10 10 Số Pass Hình 2.16 So sánh kết mô số thực nghiệm cho nhiệt độ nước Bảng 2.4 So sánh kết mô số thực nghiệm cho tổn thất áp suất Bộ tản nhiệt 03 pass 05 pass 07 pass 09 pass -37- Nghiên cứu ảnh hưởng bố trí dịng chảy đến số hồn thiện tản nhiệt kênh mini Tổn thất áp suất qua tản nhiệt kênh mini thực nghiệm để kiểm chứng kết mô số Bảng 2.4 kết so sánh mô số thực nghiệm cho tản nhiệt điều kiện lưu lượng nước 1,64 g/s vận tốc gió m/s Từ Bảng 2.4 cho thấy với tản nhiệt pass, sai lệch tổn thất áp suất 39 Pa sai số 14,9 %; với tản nhiệt pass, sai lệch tổn thất áp suất 70 Pa sai số 2,7 % Các kết cho thấy với tản nhiệt pass, tổn thất áp suất qua kênh nhỏ, khoảng 300 Pa, nên sai số lớn tồn phép đo Tuy nhiên, theo báo khoa học công bố, cảm biến áp suất dùng phịng thí nghiệm dừng lại sai số 0,025 FS Từ tản nhiệt pass trở lên, kết thu từ mô số đồng thuận cao với kết thu từ thực nghiệm, với sai số cực đại nhỏ % Chỉ số hoàn thiện xác định tỉ số nhiệt lượng trao đổi tổn thất áp suất Trong nghiên cứu này, điều kiện thí nghiệm, số pass tản nhiệt tăng nhiệt lượng đạt cực đại tản nhiệt pass Trong đó, số pass tăng làm cho tổn thất áp suất tăng nhanh Thành phần tổn thất áp suất tăng nhanh nhiều so với thành phần nhiệt lượng, điều dẫn đến số hoàn thiện giảm tăng số pass, hình 2.17 Từ Hình 2.17a Hình 2.17b cho thấy lưu lượng nước tăng từ 1,64 g/s đến 3,28 g/s, nhiệt lượng tản nhiệt tăng đáng kể (87 W đến 107 W cho mẫu pass); đó, tổn thất áp suất tăng nhanh (2550 Pa đến 9700 Pa cho mẫu pass), điều dẫn đến số hoàn thiện giảm tăng lưu lượng khối lượng nước Ở lưu lượng khối lượng nước 1,64 g/s, số hoàn thiện 34,1 W/kPa đạt cho tản nhiệt pass -38- Nhiệt lượng, W Nghiên cứu ảnh hưởng bố trí dịng chảy đến số hồn thiện tản nhiệt kênh mini Nhiệt lượng, W a) Với vận tốc gió m/s lưu lượng nước 1,64 g/s b) Với vận tốc gió m/s lưu lượng nước 3,28 g/s Hình 2.17 Số pass ảnh hưởng đến nhiệt lượng số hoàn thiện -39- ... TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG VỀ BỐ TRÍ DỊNG CHẢY ĐẾN CHỈ SỐ HOÀN THIỆN CỦA CÁC BỘ TẢN NHIỆT KÊNH MINI (MINICHANNEL HEAT SINKS) Mã số: T2015-48TĐ/KHCN-GV Chủ nhiệm đề tài: ... tố ảnh hưởng đến số hồn thiện Do vậy, quan trọng để nghiên cứu ảnh hưởng việc bố trí dịng chảy đến số hồn thiện tản nhiệt kênh mini Bố trí dịng chảy đề cập nghiên cứu thông qua số pass Nghiên cứu. .. hưởng số pass đến trình truyền nhiệt trao đổi nhiệt kênh mini, Byun Kim [15] -11- Nghiên cứu ảnh hưởng bố trí dịng chảy đến số hồn thiện tản nhiệt kênh mini nghiên cứu trao đổi nhiệt kênh mini