(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu nâng cao chất lượng chu trình lạnh 1 cấp có nhiệt độ sôi 65°c

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ THÀNH NHÂN NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG CHU TRÌNH LẠNH CẤP CĨ NHIỆT ĐỘ SƠI – 65 OC NGÀNH: KỸ THUẬT NHIỆT - 60520115 SKC005134 Tp Hồ Chí Minh, tháng 04/2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ THÀNH NHÂN NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG CHU TRÌNH O LẠNH CẤP CĨ NHIỆT ĐỘ SƠI – 65 C NGÀNH: KỸ THUẬT NHIỆT – 60520115 Tp Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ THÀNH NHÂN NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG CHU TRÌNH O LẠNH CẤP CĨ NHIỆT ĐỘ SƠI – 65 C NGÀNH: KỸ THUẬT NHIỆT – 60520115 Hướng dẫn khoa học: TS ĐẶNG VĂN LÁI Tp Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2017 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Đặng Văn Lái LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Ngày, tháng, năm sinh: Quê quán: T.T.Phú Thứ - Tây Hòa – Phú Yên Chỗ riêng địa liên lạc: T.T.Phú Thứ - Tây Hòa – Phú Yên Điện thoại quan: E-mail: lethanhnhan.tic@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ …… Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/2004 đến 12/2008 Nơi học (trường, thành phố): Trường ĐH Bách Khoa TP.HCM Ngành học: Cơ khí lượng Tên đồ án, luận án môn thi tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống điều hịa khơng khí cho nhà máy dược Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án thi tốt nghiệp: Tháng 12/2008 – Khoa khí, trường ĐH Bách Khoa TP.HCM Người hướng dẫn: PGS.TS Lê Chí Hiệp III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian 2/2009 - 11/2011 11/2011 - Nay HVTH: Lê Thành Nhân Trang i Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Đặng Văn Lái LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 03 năm 2017 (Ký tên ghi rõ họ tên) HVTH: Lê Thành Nhân Trang ii Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Đặng Văn Lái CẢM TẠ Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy TS ĐẶNG VĂN LÁI tận tình giảng dạy, hướng dẫn, truyền đạt kinh nghiệm quý báu để tác giả hoàn thành luận văn Xin cảm ơn quý thầy môn Công nghệ nhiệt tận tình giảng dạy, giúp đỡ tác giả thời gian học tập Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Xin cảm ơn anh em khoa Điện – Điện Tử Trường Cao Đẳng Công Nghiệp Tuy Hịa nhiệt tình giúp đỡ tác giả thời gian nghiên cứu lắp đặt mơ hình thí nghiệm khoa HVTH: Lê Thành Nhân Trang iii Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Đặng Văn Lái TÓM TẮT Luận văn nghiên cứu việc nâng cao chất lượng chu trình lạnh cấp o nhiệt độ sôi – 65 C nhằm đáp ứng nhu cầu lạnh sâu cần sử dụng máy nén cấp Trong với điều kiện vậy, người ta sử dụng hệ thống lạnh hai hay nhiều cấp ghép tầng để tạo nhiệt độ sôi từ – 30 oC trở xuống Luận văn gồm phần sau: - Khảo sát chu trình lạnh ứng dụng thực tế Tìm hiểu thực trạng thiết bị máy móc để đáp ứng cấp độ làm lạnh - Nghiên cứu phân tích chu trình lạnh cấp hồi nhiệt nhằm nâng cao chất lượng chu trình từ đưa giải pháp thực chu trình lạnh cấp đáp ứng điều kiện nhiệt độ sôi – 30 oC - Xây dựng đường đặc tính lượng, hệ số cấp máy nén chuyển đổi từ môi chất lạnh nhà sản xuất khuyến cáo sang hỗn hợp môi chất lạnh - Xây dựng chu trình lạnh cấp nhiệt độ sơi – 65 oC sử dụng hỗn hợp môi chất lạnh không đồng sôi Tính tốn chu trình, lựa chọn thiết bị thi cơng mơ hình thí nghiệm - Tiến hành thí nghiệm, đo đạt đánh giá kết thu - Kết luận đề xuất ý kiến HVTH: Lê Thành Nhân Trang iv Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Đặng Văn Lái ABSTRACT This thesis studies the improvement of the quality of single cycle refrigeration of boiling point - 65oC to meet the deep cooling needs but only by using a single-stage vapour compression refrigeration system While the same conditions, people are now using two or multi-stage vapour compression refrigeration system or cascade systems to produce a evaporator temperature of -30° C or below The thesis consists of the following main parts: - Investigate the current cold cycle and apply in practice Understand the state of machine equipment to meet different levels of cooling - Research and analysis of a single-stage refrigeration cycle with a liquid – vapour heat exchanger to improve the quality of the cycle, thereby providing a solution for performing a single-stage refrigeration cycle that meets the required cooling temperature under -30°C - Construction of the energy characteristic curve, the coefficient of the compressor when switching from the refrigerant recommended by the manufacturer to the new refrigerant mixture - Construction of a single-stage refrigeration cycle with a boiling point of - 65°C using of Non – Azeotropic refrigerant mixtures Cycle calculation, equipment selection, experimental model construction - Perform experiments, measure and evaluate results - Conclusions and suggestions for research development HVTH: Lê Thành Nhân Trang iv Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Đặng Văn Lái TRANG TỰA Quyết định giao đề tài Lý lịch khoa học Lời cam đoan Cảm tạ Tóm tắt Mục lục Danh sách chữ viết tắt Danh sách hình Danh sách bảng Chương TỔNG QUAN 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Tình hình nghiên cứu 1.2.1 Nghiên cứu ngồi nước 1.2.2 Nghiên cứu nước 1.2.3 Kết luận 1.3 Nhiệm vụ giới hạn đề tài 1.4 Mục tiêu đề tài 1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.6 Điểm đề tài 1.7 Giá trị thực tiễn đề tài Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT HVTH: Lê Thành Nhân Trang v Luận văn Thạc sĩ Theo hình nhiệt độ bay giảm nhiệt độ cuối tầm nén tăng Nhiệt độ cuối tầm nén R22 cao đến R410A, R134a R404A Nhiệt độ cuối tầm nén đạt 250 oC làm việc nhiệt độ sôi -65 oC Tuy nhiên, để đảm bảo điều kiện bôi trơn máy nén tốt, không cháy dầu với nhiệt độ sau đầu đẩy máy nén khuyên dùng 100oC, giới hạn nhiệt độ bay thấp môi chất không thấp -35oC Đây nhược điểm lớn loại môi chất lạnh làm việc nhiệt độ bay thấp 4.2 Giải pháp sử dụng mơi chất RTIC chu trình cấp có hồi nhiệt Qua phân tích tổn thất execgi cho chu trình lạnh cấp thơng thường, ta thấy: - Các tổn thất execgi máy nén, thiết bị ngưng tụ, van tiết lưu thiết bị bay khắc phục biện pháp kỹ thuật ứng dụng cơng nghệ mới, hồn thiện máy móc thiết bị, tăng diện tích bề mặt truyền nhiệt, tăng hệ số truyền nhiệt… - Đối với trình hồi nhiệt dùng biện pháp kỹ thuật không thơi chưa đủ diện tích bề mặt truyền nhiệt đủ lớn chênh lệch nhiệt độ dịng mơi chất đầu nóng đầu lạnh khác nhiệt dung riêng dịng mơi chất cao áp ln cao dịng thấp áp Để giảm chênh lệch nhiệt độ dòng môi chất theo chiều dài bề mặt trao đổi nhiệt cần sử dụng hỗn hợp môi chất lạnh cho nhiệt dung riêng dịng mơi chất gần - Khi hệ thống lạnh làm việc nhiệt độ sôi -65oC, áp suất hút âm áp suất đẩy cao ảnh hưởng đến độ bền thiết bị giảm hiệu sử dụng lượng thiết bị Vấn đề giải việc sử dụng hỗn hợp mơi chất lạnh nhiều thành phần áp suất hỗn hợp môi chất tổng áp suất riêng phần Từ phân tích trên, giải pháp tạo mơi chất lạnh RTIC có tính chất nhiệt động phù hợp với thông số vận hành hợp lý nhiệt độ sôi 65 oC Trường Cao đẳng Cơng nghiệp Tuy Hồ pha chế thành cơng gồm thành phần Ar/R14/R23/R134a/R123 Việc tối ưu thành phần dựa vào phần mềm MIXTURE.EXE Trường Đại học Năng lượng Mátxcơva nghiên cứu Kết xây dựng đường đặc tính máy nén lạnh TECUMSEH Pháp Model AJ5510F mơ tả hình hình 8: GVHD: TS Đặng Văn Lái Hình Hiệu suất lượng máy nén Model AJ5510F Hình Hệ số cấp máy nén Model AJ5510F Giá trị trung bình nhiệt độ áp suất đo điểm mơ hình sử dụng mơi chất lạnh RTIC trình bày bảng 1: Bảng mơ hình So sánh hiệu suất lượng hệ số cấp máy nén model AJ5510F chế độ nhiệt độ t0 = - 65 oC, tk = 35 oC sử dụng môi chất lạnh thông thường RTIC bảng sau: Bảng Hiệu suất lượng hệ số cấp máy nén Model AJ5510F Thông số po pk π λ η Phân tích đồ thị hình 7,8 bảng 1,2 cho thấy, sử dụng môi chất RTIC tỷ số nén máy nén 9, hiệu suất lượng hệ số cấp máy nén đạt 0,59 0,6 Trong đó, hiệu HVTH: Lê Thành Nhân Trang 102 Luận văn Thạc sĩ suất lượng hệ số cấp máy nén sử dụng môi chất lạnh thông thường R22, R134a, R410A, R404A thấp tỷ số nén cao hay nói cách khác với mơi chất lạnh thơng thường chu trình lạnh cấp khơng thể vận hành nhiệt độ - 65 oC V KẾT LUẬN - Mức độ ảnh hưởng môi chất lạnh đến độ khơng thuận nghịch q trình nhiệt động khả sử dụng lượng chu trình lạnh khác Nhiệt độ bay thấp, tổn thất execgi cao Tổn thất execgi lớn nằm trình ngưng tụ đến trình nén, trình tiết lưu, trình bay hơi, sau trình hồi nhiệt - Giải pháp sử dụng mơi chất lạnh RTIC chu trình lạnh cấp hồi nhiệt mở rộng dải nhiệt độ làm việc máy nén Model AJ5510F từ -20oC xuống đến -65oC, tăng hiệu suất lượng từ đến 0,59 nâng cao hệ số cấp từ đến 0,6 nhiệt độ bay -65oC GVHD: TS Đặng Văn Lái đông siêu tốc thuỷ sản Luận án tiến sĩ, Trường Đại học Năng lượng Mátxcơva, Liên bang Nga năm 2011 Đăng Văn Lái, Lê Thành Nhân, Lê Quang Tân Nghiên cứu, chế tạo môi chất dùng cho q trình kết đơng siêu tốc thủy sản sử dụng mơ hình máy lạnh cấp Đề tài cấp Bộ Công Thương, năm 2014 Боярский М.Ю., Лунин А.И., Могорычный В.И Характеристики криогенных систем при работе на смесях -М.: Изд МЭИ, 1990 Лунин А.И., Могорычный В.И., Коваленко многокомпонентных низкотемпературной пособие – М.: Издательский дом МЭИ, 2009 – 110 с ABSTRACT Exergy losses of refrigeration cycle include technical losses and losses due to irreversible processes The calculation shows that the great part of exergy losses is occurred in condenser and the next in compresor, in throttle, in evaporator and the smallest in regenerator The technical losses can be reduced by technology method but for reducing losses of regeneration as much as posibble, beside technology method we need to use multicomponent refrigerant RTIC so that specific heat of refrigerant’ two streams are nearly equal Result of calculation and experiment show that exergy losses of RTIC regenerative refrigeration cycle are smallest and energy efficiency of compressor increased from to 0,6 and volumetric efficiency of compressor increased from to 0,59 in comparison with conventional refrigerant at vapour temperature -65°C And using multicomponent refrigerant RTIC the working temperature range of the compressor Model AJ5510F has extended from -20 ° C to -65 ° C TÀI LIỆU THAM KHẢO Phạm Văn Tùy Phương pháp tính tốn phân tích hiệu hệ thống lạnh Nxb KH KT Hà Nội, 2005 Bùi Hải Exergi phương pháp phân tích exergi Nxb Bách Khoa - Hà Nội, 2008 Đặng Văn Lái Nghiên cứu phát triển hệ thống nhiệt độ thấp hiệu suất cao dùng kết HVTH: Lê Thành Nhân Trang 103 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Đặng Văn Lái PHỤ LỤC VIII TẠP CHÍ KHOA HỌC(ISSN 0866 - 7780) SỰ ẢNH HƯỞNG MƠI CHẤT LẠNH ĐẾN ĐỘ HỒN THIỆN CỦA CHU TRÌNH LẠNH MỘT CẤP Ks Lê Thành Nhân Tóm tắt Tính chất nhiệt động mơi chất lạnh có ảnh hưởng đến độ hồn thiện chu trình lạnh Nhiệt độ bay thấp, tỷ số nén tăng, nhiệt độ cuối tầm nén cao, tổn thất execgi tăng chu trình lạnh lệch chuẩn so với chu trình Cácnơ Kết tính tốn cho thấy tổn thất execgi lớn trình ngưng tụ đến trình nén, trình tiết lưu, trình bay hơi, sau trình hồi nhiệt Tổn thất execgi trình hồi nhiệt thấp làm tăng độ hồn thiện chu trình nên chu trình nhiệt độ thấp cần có thiết bị hồi nhiệt Độ hồn thiện chu trình cấp sử dụng mơi chất R134a, R22, R404A, R410A bỏ qua tổn thất kỹ thuật đạt lớn khoảng 0,42 so với chu trình Cácnơ Từ khố: độ hồn thiện chu trình, tổn thất execgi, môi chất lạnh Cơ sở lý thuyết Để phân tích, đánh giá chất lượng chu trình lạnh phương pháp cân lượng, phương pháp entrôpi phương pháp execgi sử dụng Phương pháp cân lượng dựa vào nguyên lý I nhiệt động học có ưu điểm đơn giản có nhược điểm lấy hệ số lạnh làm tiêu đánh giá, xét số lượng, không xét đến chất lượng xuống cấp lượng mối quan hệ trình biến đổi lượng với môi trường xung quanh Phương pháp entrôpi dựa nguyên lí II nhiệt động học, đánh giá xác mặt chất lượng q trình có nhược điểm khó sử dụng phức tạp thân khái niệm entrơpi trừu tượng Phương pháp execgi phân tích làm việc hệ thống lạnh có kể đến khác nguồn lượng độ không thuận nghịch trình thực sở sử dụng đồng thời nguyên lý I II nhiệt động học Việc thay hệ số lạnh, độ hồn thiện chu trình theo phương pháp đánh giá hiệu suất execgi Nó biểu thị mức độ thực việc sử dụng lượng hữu ích thơng qua việc phân tích tổn thất execgi mà cịn phương hướng tầm quan trọng biện pháp cần đạt để cải thiện điều kiện thực nâng cao hiệu trình Vì vậy, phạm vi báo này, phương pháp execgi sử dụng để phân tích tổn thất execgi đề xuất giải pháp cần thiết nhằm nâng cao hiệu trình nhiệt động độ hồn thiện chu trình lạnh cấp nhiệt độ bay 65 oC Chu trình lạnh cấp hồi nhiệt biểu diễn hình sau: HVTH: Lê Thành Nhân a) b) Hình 1: chu trình máy lạnh cấp hồi nhiệt a)Sơ đồ thiết bị: MN - Máy nén; NT Dàn ngưng tụ; TL - Van tiết lưu; BH – Dàn bay hơi; HN- Thiết bị hồi nhiệt b) Chu trình biểu diễn đồ thị lgp-h 1-1’ - nhiệt thiết bị hồi nhiệt; 1-2 - nén đoạn nhiệt từ áp suất thấp po lên áp suất cao pk , s1 = s2; 2-3’ - ngưng tụ môi chất đẳng áp; 3’3 - lạnh thiết bị hồi nhiệt; 3-4 - trình tiết lưu đẳng entanpi van tiết lưu h3=h4; 4-1 - trình bay bình bay đẳng áp po = const đẳng nhiệt to=const Trang 104 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Đặng Văn Lái Tổn thất execgi chu trình cấp hồi nhiệt gồm tổn thất kỹ thuật tổn thất độ không thuận nghịch q trình Độ hồn thiện chu trình máy lạnh hay hiệu suất execgi e xác định [1], [2], [3]: 1MNNTHNTLBH e c , % (1) Trong đó: Tổn thất execgi q trình nén: MN Tmt (s2 s1) , kJ/kg (2) Tổn thấ t execgi trình ngưng tụ: NTh2 h3 Tmt (s2 s3 ) , kJ/kg (3) Tổn thất execgi trình hồi nhiệt: HN(h3' h3 h1 h1' ) Tmt (s3' s3 s1 s1' ) , kJ/kg (4) Tổn thất execgi trình tiết lưu: TL h3 h4 Tmt ( s3 s ) , kJ/kg (5) - Chênh lệch nhiệt độ nhiệt độ bay nhiệt độ khơng khí buồng bay ∆tkk = 10oC - Chênh lệch nhiệt độ nhiệt độ ngưng tụ nhiệt độ môi trường giải nhiệt ∆tmt = 8oC Hiệu suất thị máy nén tất chế độ làm việc ηi = 0,8 Môi chất lạnh sử dụng để nghiên cứu ảnh hưởng tính chất nhiệt động đến độ hồn thiện chu trình mơi chất lạnh thông dụng R134a, R22, R404A R410A Các thông số trạng thái môi chất điểm nút chu trình xác định phần mềm REFPROP Viện Cơng nghệ Tiêu chuẩn Mỹ (NIST) Việc tính tốn xây dựng đồ thị độ hồn thiện chu trình, tổn thất execgi trình, tỷ số nén nhiệt độ cuối tầm nén phần mềm Mathcad R14 Kết khảo sát thảo luận Độ hồn thiện chu trình phụ thuộc vào nhiệt độ bay biểu diễn hình 2: Tổn thất execgi thiết bị bay hơi: Tmt BN [(h h ) Tkk (s4 s3 )] , T kk kJ/kg (6) với Tmt, Tkk – nhiệt độ môi trường giải nhiệt nhiệt độ khơng khí buồng lạnh, K h - entanpi, kJ/kg; s - entrôpi, kJ/kg K; l - cơng chu trình, kJ/kg; qo - Năng suất lạnh, kJ/kg c trình Cácnơ; c - kiện nhiệt độ Cácnô Nhằm đánh giá độ bền hệ thống máy thiết bị lạnh, xét tỷ số nén chu trình xác định: Phương pháp khảo sát Chọn chế độ làm việc chu trình lạnh cấp hồi nhiệt sau: Nhiệt độ ngưng tụ tk = 35 oC Nhiệt độ bay to = - 65 o 10 C Nhiệt độ hút th = 10 oC HVTH: Lê Thành Nhân Hình Độ hồn thiện chu trình Phân tích đồ thị, ta thấy độ hồn thiện chu trình ηe đường cong đạt đỉnh cao rơi vào khoảng nhiệt độ - 40 - 35 oC Độ hồn thiện chu trình ln tồn giá trị tối đa độ hồn thiện chu trình tích hệ số lạnh kiện nhiệt độ Cácnô, nhiệt độ bay giảm, hệ số lạnh giảm kiện nhiệt độ Cácnô lại tăng ngược lại Với môi chất khác độ hồn thiện chu trình khác nhau, chu trình sử dụng R134a có độ hồn thiện chu trình tốt đạt 42%, tiếp đến R22, R404A R410A Khi nhiệt độ giảm thấp giá trị nhiệt độ tối ưu độ hồn thiện chu trình giảm nghĩa tổn thất execgi tăng Độ lớn tổn thất execgi trình thể hình 3: Trang 105 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Đặng Văn Lái a) b) c) d) HVTH: Lê Thành Nhân Trang 106 Luận văn Thạc sĩ Tỷ số nén nhiệt độ cuối tầm nén chu trình phụ thuộc vào nhiệt độ bay mơ tả hình 5: Hình Biểu đồ tỷ số nén GVHD: TS Đặng Văn Lái Theo hình nhiệt độ bay giảm nhiệt độ cuối tầm nén tăng Nhiệt độ cuối tầm nén R22 cao đến R410A, R134a R404A Nhiệt độ cuối tầm nén đạt 250oC làm việc nhiệt độ bay -65 oC Tuy nhiên, để đảm bảo điều kiện bôi trơn máy nén tốt, không cháy dầu với nhiệt độ sau đầu đẩy máy nén khuyên dùng 100oC, giới hạn nhiệt độ bay thấp môi chất không thấp -35oC Đây nhược điểm lớn loại môi chất lạnh làm việc nhiệt độ bay thấp Kết luận Tính chất mơi chất lạnh ảnh hưởng đến độ khơng thuận nghịch q trình nhiệt động khả sử dụng lượng chu trình lạnh Nhiệt độ bay thấp, chu trình lạnh lệch chuẩn so với chu trình Cácnơ Tổn thất execgi lớn nằm trình ngưng tụ đến trình nén, trình tiết lưu, trình bay hơi, sau trình hồi nhiệt Do vậy, với chu trình lạnh cấp nhiệt độ sơi - 65oC cần thiết phải có thiết bị hồi nhiệt nhằm Hình Nhiệt độ cuối tầm nén Phân tích đồ thị hình ta thấy tỷ số nén chu trình tăng nhiệt độ bay giảm, độ tăng tỷ số nén theo độ giảm nhiệt độ bay môi chất khác có khác biệt lớn mơi chất R134a so với mơi chất cịn lại Với mơi chất R134a chu trình có tỷ số nén lớn mơi chất cịn lại điều kiện độ lớn rõ ràng nhiệt độ bay giảm Khi nhiệt độ bay thấp, tỷ số nén cao ảnh hưởng đến độ bền thiết bị, khả bôi trơn dầu nhớt dễ bị lọt khơng khí vào hệ thống lạnh áp suất hút thấp áp suất khí Nếu giới hạn tỷ số nén khơng q nhiệt độ bay môi chất lạnh R134a không thấp -20 oC, R22, R404A R410A -25 o C HVTH: Lê Thành Nhân giảm chênh lệch nhiệt độ trước sau van tiết lưu, giảm tổn thất execgi nâng cao chất lượng độ hoàn thiện chu trình Tổn thất execgi chu trình gồm tổn thất kỹ thuật tổn thất thân trình Các tổn thất execgi máy nén, thiết bị ngưng tụ, van tiết lưu thiết bị bay khắc phục biện pháp kỹ thuật ứng dụng cơng nghệ mới, hồn thiện máy móc thiết bị Tuy nhiên, thiết bị hồi nhiệt dùng biện pháp kỹ thuật khơng chưa đủ mà phải sử dụng hỗn hợp mơi chất lạnh có tính chất nhiệt động cần thiết để cân nhiệt dung riêng dịng mơi chất, giảm tổn thất execgi tăng độ hồn thiện chu trình Việc hồn thiện chu trình lạnh cấp nhiệt độ sơi - 65oC phải đảm bảo áp suất thấp cao áp suất khí quyển, tỷ số nén không 9, nhiệt độ cuối tầm nén không 100 oC Với điều kiện khơng có mơi chất lạnh thoả mãn, việc hồn thiện chu trình pha chế hỗn hợp mơi chất lạnh có tính chất phù hợp./ Trang 107 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Đặng Văn Lái TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Đức Lợi (2014), Giáo trình kỹ thuật lạnh, Nxb Bách Khoa Hà Nội [2] Phạm Văn Tùy (2005), Phương pháp tính tốn phân tích hiệu hệ thống lạnh Nxb KH KT Hà Nội [3] Bùi Hải (2008), Exergi Phương pháp phân tích exergi, Nxb Bách Khoa - Hà Nội Abstract Factors analysis influence on a perfect refrigeration cycle Thermodynamic properties of refrigerant really influence on a perfect refrigeration cycle The lower the evaporation temperature, the higher the compression ratio, the higher the compressor's discharge temperature and more exergy loss, the differences between actual refrigeration cycle and Carnot cycle are more and more The calculated results show that largest exergy loss in the process of condensation and then to the compression process, the throttle process, evaporation and finally, process of heat recovery Exergy loss of the heat recovery process is lower but the heat recovery process increases the perfect of the cycle So that the low temperature refrigeration cycles need to have a heat recovery equipment Without the technical losses, the maximum level of perfection of refrigeration cycle using refrigerant R134a, R22, R404A, R410A is about 0,42 Key words: perfect refrigeration cycle, exergy loss, refrigerant HVTH: Lê Thành Nhân Trang 108 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Đặng Văn Lái PHỤ LỤC IX TẠP CHÍ CƠNG NGHỆ(TRƯỜNG CĐCN TUY HỊA) NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG CHU TRÌNH LẠNH MỘT CẤP BẰNG GIẢI PHÁP HỒI NHIỆT Ks Lê Thành Nhân Tóm tắt Thiết bị hồi nhiệt ảnh hưởng đến độ hồn thiện chu trình lạnh cấp Chênh lệch nhiệt độ trước sau tiết lưu cao tổn thất execgi trình tiết lưu lớn, điều làm cho hiệu suất execgi hay độ hồn thiện chu trình giảm đáng kể nhiệt độ bay thấp Vậy với chu trình cấp có nhiệt độ bay thấp cần thiết phải có thiết bị hồi nhiệt để giảm chênh lệch nhiệt tiết lưu qua tăng hiệu suất execgi hay độ hồn thiện chu trình lên Tổn thất execgi thiết bị tiết lưu chu trình hồi nhiệt giảm từ 36% đến 62% so với chu trình khơ Từ khố: độ hồn thiện chu trình, tổn thất execgi, thiết bị hồi nhiệt Cơ sở lý thuyết Để đánh giá ảnh hưởng thiết bị hồi nhiệt đến hiệu suất ta xét chu trình lạnh cấp biểu diễn hình sau: a) a) b) Hình Chu trình hồi nhiệt a) Sơ đồ thiết bị: MN - Máy nén; NT - Dàn ngưng tụ; TL - Van tiết lưu; BH – Dàn bay hơi; HN – Thiết bị hồi nhiệt b) Chu trình biểu diễn đồ thị lgp-h 1’-2: Nén từ áp suất thấp po lên áp suất cao b) Hình 1.Chu trình khơ a) Sơ đồ thiết bị: MN - Máy nén; NT - Dàn ngưng tụ; TL - Van tiết lưu; BH – Dàn bay hơi; b) Chu trình biểu diễn đồ thị lgp-h 1-2: Nén từ áp suất thấp po lên áp suất cao pk ; 2-3: Ngưng tụ môi chất đẳng áp; 3-4: Tiết lưu đẳng entanpi van tiết lưu h3=h4; 4-1: Bay bình bay đẳng áp po = const đẳng nhiệt to=const HVTH: Lê Thành Nhân pk ; 2-3: Ngưng tụ môi chất đẳng áp; 3-3’: Quá trình q lạnh lỏng mơi chất thiết bị hồi nhiệt 3’-4: Tiết lưu đẳng entanpi van tiết lưu h3’=h4; 4-1: Bay bình bay đẳng áp p o = const đẳng nhiệt to=const Phân tích lượng dựa sở nguyên lý I nhiệt động học, hiệu suất chu trình lạnh xác định dựa hệ số lạnh ε – tỷ số Trang 109 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Đặng Văn Lái suất lạnh sản sinh hệ thống công cấp vào cho máy nén với HN (hvkHN hrkHN hvoHN hroHN) Tmt(svkHN srkHN svoHN sroHN) (7b) K HN Một phương pháp phân tích khác dựa sở nguyên lý II nhiệt động học gọi phương pháp phân tích execgi sử dụng để xác định hiệu suất chu trình lạnh Hiệu suất execgi e xác định [1], [2], [3]: Chu trình khơ: e K MN NT TL BH , Chu trình hồi nhiệt: HN e , Trong đó: Tổn thất execgi tương đối trình nén: Ký hiệu εK – Hệ số làm lạnh chu trình khơ εHN – Hệ số làm lạnh chu trình hồi nhiệt Π – Tổn thất execgi, kJ/kg h – Entanpy, kJ/kg s – Entropy, kJ/kg.K l – Công nén, kJ/kg qo – Năng suất lạnh riêng, kJ/kg qk – Năng suất giải nhiệt riêng, kJ/kg Tmt, – Nhiệt độ môi trường giải nhiệt, K Tkk – Nhiệt độ khơng khí buồng lạnh, K HN – Hiệu suất execgi e chu trình hồi nhiệt K – Hiệu suất execgi chu trình khơ e Ký hiệu chân “v” – dịng mơi chất vào khỏi thiết bị “r” – dịng mơi chất vào khỏi thiết bị “vk” – dịng mơi chất cao áp vào thiết bị “rk” – dịng mơi chất cao áp khỏi thiết bị “vo” – dịng mơi chất thấp áp vào thiết bị hồi nhiệt “ro” – dịng mơi chất thấp áp khỏi thiết bị hồi nhiệt MN Phương pháp khảo sát với Tổn thất execgi tương đối trình ngưng tụ: NT với hvNT NT sr NT hrNT Tmt (svNT ) (4b) Tổn thất execgi tương đối trình tiết lưu: TL với TL TLhv hrTL Tmt ( svTL srTL ) (5b) Tổn thất execgi tương đối trình bay hơi: BH Tmt BH với [(h BH v hrBH ) Tkk (svBH srBH )] (6b) T kk Tổn thất execgi tương đối trình truyền nhiệt thiết bị hồi nhiệt: NT HN l (3b) Chọn chế độ làm việc chu trình lạnh cấp sử dụng môi chất R22, R134a, R410A R404A thực chu trình khơ chu trình hồi nhiệt có thơng số sau: - Nhiệt độ ngưng tụ tk = 35 oC - Nhiệt độ bay to = – 65 – 10oC - Chênh lệch nhiệt độ nhiệt độ bay nhiệt độ khơng khí buồng bay ∆tkk = 10oC - Chênh lệch nhiệt độ nhiệt độ ngưng tụ nhiệt độ môi trường giải nhiệt ∆tmt=8oC - Hiệu suất thị máy nén tất chế độ làm việc ηi = 0,8 - Nhiệt độ hút t1’ = 10 oC (đối với chu trình hồi nhiệt) Các thông số trạng thái môi chất điểm nút chu trình xác định phần mềm SOLKANE Kết khảo sát thảo luận Phân tích lượng chu trình lạnh dựa vào nguyên lý I nhiệt động học thể hình – hệ số lạnh phụ thuộc vào nhiệt độ bay (7a) HVTH: Lê Thành Nhân Trang 110 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Đặng Văn Lái a) b) Hình Hệ số lạnh phụ thuộc vào nhiệt độ bay a) Chu trình khơ; b) Chu trình hồi nhiệt Ta thấy với việc tăng nhiệt độ bay tỷ số nén giảm, cơng cấp cho máy nén giảm suất lạnh riêng tăng lên Chính việc kết hợp hai yếu tố suất lạnh riêng tăng công nén giảm tăng nhiệt độ bay điều đồng nghĩa với việc hệ số lạnh ε tăng theo nhiệt độ bay Tại nhiệt độ bay – 30 oC hệ số lạnh chu trình khơ hồi nhiệt với môi chất R22 (εK = εHN = 2,2) R410A (εK = εHN = 2) Tuy nhiên hệ số lạnh chu trình hồi nhiệt tăng 5% 10% so với chu trình khơ với mơi chất R134a R404A Hình cho thấy chênh lệch nhiệt độ trước sau tiết lưu cao rõ ràng tổn thất execgi trình tiết lưu lớn Tổn thất execgi độ chênh lệch nhiệt độ 100 oC lớn gần gấp lần chênh lệch 45 oC Như để hạn chế tổn thất trình tiết lưu cần giảm độ chênh lệch nhiệt độ trước sau tiết lưu Do vậy, chu trình lạnh cấp tạo độ lạnh thấp cần thiết phải có q trình q lạnh lỏng trước tiết lưu Để làm thực tế thường bố trí thiết bị hồi nhiệt trước vào thiết bị tiết lưu a) b) Hình Tổn thất execgi trình tiết lưu theo nhiệt độ bay a) Chu trình khơ; b) Chu trình hồi nhiệt Hình thể tổn thất execgi trình tiết lưu So sánh biểu đồ hình 5a (chu trình khơ) hình 5b (chu trình hồi nhiệt) ta thấy tổn thất execgi chu trình có thiết bị hồi nhiệt nhỏ nhiều so với chu trình khơ Tổn thất execgi thiết bị tiết lưu chu trình hồi nhiệt giảm từ 36% đến 62% so với chu trình khơ Điều có thiết bị hồi nhiệt thực trình lạnh môi chất trước vào thiết bị tiết lưu, làm giảm chênh lệch nhiệt độ trước sau tiết lưu nên tổn thất thiết bị tiết lưu giảm đáng kể Hình Tổn thất execgi trình tiết lưu theo độ chênh lệch nhiệt độ Tk-To HVTH: Lê Thành Nhân Trang 111 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Đặng Văn Lái Hình Hiệu suất execgi theo nhiệt độ bay a) Chu trình khơ; b) Chu trình hồi nhiệt Hình Tổn thất execgi thiết bị hồi nhiệt theo nhiệt độ bay Hình biểu đồ tổn thất execgi thiết bị hồi nhiệt theo nhiệt độ bay Ta thấy tổn thất thiết bị hồi nhiệt không đáng kể Tổn thất lớn nhiệt độ bay – 65 oC môi chất R404A với 8,7% nhỏ R22 với 5,4% a) Phân tích đồ thị hình 7, ta thấy hiệu suất execgi ηe đường cong đạt đỉnh cao rơi vào khoảng nhiệt độ – 35 – 30 oC (đối với chu trình khơ) – 40 – 35 oC Hiệu suất execgi tồn giá trị tối đa hiệu suất execgi tích hệ số lạnh kiện nhiệt độ Cácnô, nhiệt độ bay giảm, hệ số lạnh giảm kiện nhiệt độ Cácnô lại tăng ngược lại So sánh biểu đồ hình 6a 6b ta nhận thấy chu trình cấp có nhiệt độ bay thấp hiệu suất execgi chu trình có thiết bị hồi nhiệt tốt chu trình khơng có thiết bị hồi nhiệt Tại nhiệt độ sôi – 65 oC hiệu suất execgi chu trình hồi nhiệt tăng so với chu trình khơ 1,5%, 13%, 5,3%, 27% với môi chất R22, R134a, R410A R404A Kết luận Tổn thất execgi thiết bị hồi nhiệt không đáng kể, hiệu mang lại tích cực Tổn thất lớn nhiệt độ bay – 65 oC môi chất R404A với 8,7% nhỏ R22 với 5,4%.Vậy biện pháp hồi nhiệt(thường dùng cho môi chất lạnh frêôn) giải pháp tốt cho chu trình lạnh cấp có nhiệt độ sơi thấp - Với chu trình lạnh cấp nhiệt độ sôi – 65 o C cần thiết phải có thiết bị hồi nhiệt để giảm chênh lệch nhiệt độ trước sau van tiết lưu, giảm tổn thất execgi, nâng cao chất lượng độ hoàn thiện chu trình Tổn thất execgi thiết bị tiết lưu chu trình hồi nhiệt giảm đến 62% so với chu trình khơ b) TÀI LIỆU THAM KHẢO [4] Nguyễn Đức Lợi (2014), Giáo trình kỹ thuật lạnh, Nxb Bách Khoa Hà Nội [5] Phạm Văn Tùy (2005), Phương pháp tính tốn phân tích hiệu hệ thống lạnh Nxb KH KT Hà Nội [6] Bùi Hải (2008), Exergi Phương pháp phân tích exergi, Nxb Bách Khoa - Hà Nội HVTH: Lê Thành Nhân Trang 112 ... Chu trình máy lạnh nén cấp dùng bình tách lỏng 2 .1. 2 .1 Mơ tả chu trình 2 .1. 2.2 Nhận xét 2 .1. 3 Chu trình máy lạnh nén cấp – chu trình hồi nhiệt 2 .1. 3 .1 Mơ tả chu trình 2 .1. 3.2 Nhận xét 2 .1. 4 Chu. .. tài ? ?nghiên cứu nâng cao chất lượng chu trình lạnh cấp có nhiệt độ sôi – 65 oC” mang ý nghĩa lớn mặt kinh tế, kỹ thuật có khả ứng dụng thực tế cao 1. 2 Tình hình nghiên cứu 1. 2 .1 Nghiên cứu ngồi... cao, hỗn hợp môi chất gồm: R508B(R23 + R 116 ), R170 + R 116 , R170 + R23, R170 + R23 + R 116 so sánh hiệu suất COP đặt tầng nhiệt độ thấp Quá trình nghiên cứu cho thấy rằng: COP R170 + R 116 cao 10 %