Xác định các thông số làm việc hợp lý của máy đốt nóng mặt đường bê tông nhựa khi sửa chữa đường ô tô tại Việt Nam

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

MĐN mặt đường cỡ nhỏ có kích thước tấm đốt nóng ≤ 1 m2, di chuyển đẩy tay do công nhân thực hiện, đốt nóng bằng nguyên lý bức xạ hồng ngoại sử dụng nhiên liệu khí gas, phục vụ công tác sửa chữa nhỏ mặt đường BTN. Máy có ký hiệu là MĐN.01 là sản phẩm của đề tài NCKH cấp Trường trọng điểm do NCS thực hiện trong thời gian nghiên cứu luận án. Máy đốt nóng mặt đường cỡ nhỏ MĐN.01. Bộ điều khiển nhiên liệu, 9. b) Phạm vi nghiên cứu. Phạm vi đối tượng đốt nóng là mặt đường BTN loại nhựa đường 60/70 độ hạt C12,5 bị hư hỏng nhỏ còn khả năng tái chế nóng. giá trị các thông số: Nhiệt độ, thời gian và khoảng cách đốt nóng, nghiên cứu lý thuyết cháy của ngọn lửa để xác định các thông số kết cấu của khoang cháy đây là cơ sở cho việc chế tạo máy MĐN.01, đồng thời là các thông số vận hành của máy khi thực nghiệm nhằm giảm số lượng bài thí nghiệm. b) Nghiên cứu thực nghiệm. - Áp dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm tối ưu bề mặt chỉ tiêu thuật ngữ tiếng Anh “Response Surface Methods” (RSM), ứng dụng phần mềm minitab để xây dựng các phương trình hồi quy của hàm mục tiêu và khảo sát cực trị đa mục tiêu để xác định các thông số kỹ thuật của máy đốt nóng mặt đường.

Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN a) Ý nghĩa khoa học

- Chế tạo máy đốt nóng với mục đích thực nghiệm để xác định các thông số liên quan nhằm kiểm chứng và xác định chính xác các thông số làm việc của máy. Nhiệt độ tấm đốt nóng, khoảng cách truyền nhiệt, vận tốc gió và xác định các thông số đầu ra cần đạt được (nhiệt độ các lớp BTN, thời gian truyền nhiệt, tiêu hao nhiên liệu). c) Nghiên cứu khảo sát.

ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN a) Nghiên cứu lý thuyết

- Áp dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm tối ưu bề mặt chỉ tiêu thuật ngữ tiếng Anh “Response Surface Methods” (RSM), ứng dụng phần mềm minitab để xây dựng các phương trình hồi quy của hàm mục tiêu và khảo sát cực trị đa mục tiêu để xác định các thông số kỹ thuật của máy đốt nóng mặt đường. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN. Nghiên cứu lý thuyết cháy để xác định thông số kết cấu khoang cháy của máy đốt nóng. b) Nghiên cứu thực nghiệm. - Xây dựng ma trận thực nghiệm, áp dụng mô hình bài toán quy hoạch thực nghiệm tối ưu hóa đa mục tiêu cho máy đốt nóng mặt đường để xác định các thông số làm việc hợp lý của máy. c) Kết quả ứng dụng. - Bộ thông số làm việc hợp lý của máy đốt nóng mặt đường là cơ sở khoa học cho quá trình vận hành, thiết kế và chế tạo máy đốt nóng mặt đường ở Việt Nam.

BỐ CỤC CỦA LUẬN ÁN

Nghiên cứu lý thuyết cháy để xác định thông số kết cấu khoang cháy của máy đốt nóng. b) Nghiên cứu thực nghiệm. - Xây dựng ma trận thực nghiệm, áp dụng mô hình bài toán quy hoạch thực nghiệm tối ưu hóa đa mục tiêu cho máy đốt nóng mặt đường để xác định các thông số làm việc hợp lý của máy. c) Kết quả ứng dụng.

Xác định các thông số làm việc của máy đốt nóng mặt đường thông qua nghiên cứu lý thuyết truyền nhiệt và lý thuyết cháy

Nghiên cứu các thông số đặc trưng của ngọn lửa khí gas để xác định các thông số của khoang cháy nhằm đạt được nhiệt độ của tấm đốt nóng.

NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA QUÁ TRÌNH TRUYỀN NHIỆT VÀ ĐẶC TRƯNG NGỌN LỬA TRONG KHOANG

Mô hình toán các giai đoạn truyền nhiệt

Để thực hiện xây dựng mô hình bài toán truyền nhiệt bằng phương pháp PTHH, với đặc thù là quá trình truyền nhiệt không ổn định, các giá trị nhiệt độ phụ thuộc vào không gian và thời gian truyền nhiệt, đồng thời với giả thiết giá trị nhiệt lượng đều như nhau trên mỗi điểm của tấm đống nóng và sự đồng nhất của vật liệu theo chiều ngang của mặt đường BTN. Với giả thiết trên bề mặt diện tích của tấm nóng tại mọi điểm có nhiệt độ như nhau nên trong không gian truyền nhiệt từ tấm đốt nóng bỏ qua quá trình truyền nhiệt ngang (vì nhiệt độ bằng nhau tại các điểm).

Mô hình tính toán ngọn lửa trong khoang cháy 1. Xác định đặc tính của ngọn lửa

Sự phân bố chiều dài ngọn lửa theo sự thay đổi của vận tốc dòng khí - Dòng chảy rối với mật độ thay đổi thời gian, mặt cắt rối lan truyền theo hướng tâm của ngọn lửa với giả thiết: ngọn lửa chảy rối có tính đối xứng trục, bỏ qua sức cản của không khí và năng lượng tổn hao khi di chuyển phần tử khí cháy. Trong đó: Lf là chiều dài ngọn lửa, cm; a là chiều dài ống phun, cm; d là đường kính ống phun, cm; 𝑢̃𝑧 giá trị trung bình của vận tốc khí cháy, cm/s; 𝑍̃𝑠𝑡 tọa độ điểm cuối của ngọn lửa, cm; 𝜌𝑜 tỷ trọng của hỗn hợp khí cháy tại mặt ống phun, kg/cm3; 𝜌∞ là tỷ trọng của khí cháy tại nơi xa nhất của khoang cháy, kg/cm3.

XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐỐT NểNG MẶT ĐƯỜNG THễNG QUA NGHIấN CỨU Lí THUYẾT

Ảnh hưởng nhiệt độ của tấm đốt nóng và thời gian truyền nhiệt

Khảo sát quá trình truyền nhiệt (2.27) với khoảng thời gian gia nhiệt Δτ = 30 s, chạy kết quả nhiệt lượng và nhiệt độ tấm đốt nóng theo thời gian gia nhiệt bằng chương trình giải trực tuyến https://matrixcalc.org/vi [49].Ta có bảng giá trị nhiệt độ tấm đốt nóng ứng với mật độ dòng nhiệt, bảng 3.2. Sau khi giải phương trình ma trận đặc trưng (2.27) ta được bảng giá trị nhiệt độ tại các thời điểm và các nút ứng với các độ sâu (các nút) khác nhau (bảng 2.2), thay giá trị nhiệt lượng q ta tính được giá trị nhiệt độ ứng với các thời điểm truyền nhiệt khác nhau.

Mô phỏng sự phân bố nhiệt độ trong lớp bê tông nhựa

+ Khai báo các điều kiện truyền nhiệt: truyền nhiệt bức xạ, đối lưu và hệ số truyền nhiệt trong BTN, các nhiệt độ bề mặt của tấm đốt nóng và nhiệt độ mặt đường;. Như vậy, kết quả mô phỏng bằng phần mềm cho thấy nhiệt độ tấm đốt nóng Tm = 700 oC là phù hợp, điều này cũng thỏa mãn với kết quả khảo sát bằng mô hình toán lý thuyết truyền nhiệt theo đồ thị hình 3.7.

Xác định các thông số kết cấu của khoang cháy 1. Đặc điểm cấu tạo khoang cháy

Giá trị của vận tốc trong lỗ gốm theo lượng tiêu hao nhiên liệu Trong quá trình đốt nóng tấm gốm, ngọn lửa trong lỗ gốm không được vượt ra khỏi mặt dưới tấm gốm và đốt trực tiếp lên mặt đường, như vậy lớp BTN có thể sẽ bị cháy, do vậy vận tốc dòng khí trong lỗ gốm sẽ phải tính toán cân bằng với áp lực không khí bên ngoài (cân bằng với dòng hút không khí). Mô phỏng áp suất khi cháy và nhiệt độ ngọn lửa qua tấm gốm nhiệt Từ áp suất khí cháy và nhiệt độ ngọn lửa hình 3.24, áp dụng mô hình tính ngọn lửa khí gas bằng phần mềm Ansys fluent ta xác định được giá trị chiều dài ngọn lửa ứng với các đường kính vòi phun d= 30 mm; d = 40 mm; d = 50 mm được mô tả trong đồ thị hình 3.25.

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT HỢP Lí CỦA MÁY ĐỐT NểNG MẶT ĐƯỜNG

Quy trình tiến hành thực nghiệm 1 Các bước tiến hành thực nghiệm

- Thời gian truyền nhiệt được xác định thông qua phần mềm đo nhiệt độ cài trên máy tính (thông số về thời gian trên biểu đồ nhiệt độ của phần mềm và bảng giá trị tại các thời điểm truyển nhiệt lưu trong dữ liệu phần mềm). - Mức tiêu hao nhiên liệu: Đo mức nhiên liệu ban đầu tại bình gas bằng đồng hồ treo điện tử (ghi nhận số liệu), sau đó đo mức nhiên liệu sau khi thực nghiệm ta xác định được lượng nhiên liệu tiêu hao (mô tả chi tiết trong nội dung đo đạc thực nghiệm).

Máy và thiết bị phục vụ thực nghiệm

- Khoan đặt đầu đo cảm biến: Phương án bố trí các đầu đo nhiệt độ bên trong mẫu BTN, dùng máy khoan mẫu khoan ngang để đặt đầu đo, từ bề mặt bên của mẫu sử dụng máy khoan có đường kính mũi khoan D = 6 mm, khoan ngang mẫu với chiều sâu 10 cm sau đó đặt đầu đo nhiệt, theo phương mặt bằng 5 đầu đo được đặt so le với khoảng cách 3 cm như sơ đồ hình 4.12. Phương án kết nối đầu đo nhiệt độ với máy tính có cài đặt phần mềm đo Sau khi khoan lỗ đặt đầu đo nhiệt độ, hệ thống dây dẫn được kết nối với bộ chuyển đổi tín hiệu bao gồm 5 kênh để đọc tín hiệu từ các đầu đo và được kết nối với máy tính thông qua cáp USB, trên máy tính NCS thiết kế phần mềm hiển thị kết quả đo nhiệt độ 5 kênh hiển thị giá trị trực quan thông qua đồ thị hình 4.13.

Thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng của các thông số kỹ thuật của máy đến quá trình đốt nóng mặt đường

- Trong quá trình gia nhiệt nhiệt độ tấm đốt nóng tăng lên rất nhanh, dẫn đến nhiệt độ lớp bề mặt BTN trong thời gian đầu tăng nhanh, để đảm bảo nhiệt độ không tăng nhanh đến nhiệt độ gây cháy lớp BTN theo [48] cần tiến hành gia nhiệt gián đoạn, nghĩa là thực hiện xen kẽ vừa gia nhiệt và tạm dừng gia nhiệt (tạm dừng) để nhiệt độ có thời gian truyền trong các lớp BTN. Sự thay đổi nhiệt độ của tấm đốt nóng và các lớp BTN được thể hiện trong hình 4.18 .Từ đồ thị ta thấy khi tạm dừng gia nhiệt lớp bề mặt quá trình truyền nhiệt giữa các lớp BTN phía dưới vẫn diễn ra (nhiệt độ T2, T3, T4, T5 vẫn tăng lên), trong khi đó khống chế được nhiệt độ T1 không tăng lên quá nhiệt độ cho phép 177 oC.