3.1.1.1Bộtrao đổi nhiệt két nước
Vật liệu c a bộ t n nhiệt két nước là nhôm, với độ dẫn nhiệt là 237 W/(mK), mật độ 2700 kg/m3, nhiệt dung riêng đẳng áp là 904 J/(kgK). Hình 3.2 cho thấy hình
nh c a mô hình thực nghiệm két nước.
Hình 3.2: nh hệ thống thí nghiệm két nước
Két nước có 14 ống với chiều dài ống là 16 mm và chiều rộng ống là 2 mm. Các cánh t n nhiệt được hàn vào ống nước. Các ống có mặt cắt ngang là hình chữ nhật với chiều cao 135 mm. Khỏang cách giữa hai ống kề nhau kề nhau 8 mm. Tất c các ống được kết nối b i các ống dẫn đầu vào và đầu ra. Các ống dẫn có d ng hình chữ nhật với chiều rộng là 24 mm và chiều dài là140 mm. Mỗi đầu vào và đầu ra c a bộ t n nhiệt này có diện tích mặt cắt ngang là 176 mm2. B ng số 5 cho thấy thông số kỹ thuật c a két nước làm mát
B ng 3.1: Thông số kỹ thuật c a két nước
M c Thông s kỹ thu t
Dung tích làm mát Bộ t n nhiệt động cơ 0,49 lít
Bình dự trữ 0,2 lít
Áp suất nắp bộ t n nhiệt 108 – 137 kPa
3.1.1.2 Bộtrao đổi nhiệt Minichannel heat sink 3.1.1.2.1 Mẫu thí nghiệm
Vật liệu c a bộ t n nhiệt kênh Mini là nhôm, sử dụng như là bề dày substrate với độ dẫn nhiệt là 237 W/(mK), mật độ 2,700 kg/m3, nhiệt dung riêng đẳng áp là 904 J/(kgK). Bề dày c a substrate 1mm. Hình 3.3 cho thấy kích thước mẫu thí nghiệm c a các bộ t n nhiệt kênh Mini.
Bộ t n nhiệt kênh Mini có 52 kênh với chiều dài kênh là 114 mm. Các kênh Mini có mặt cắt ngang là hình chữ nhật với chiều rộng kênh là 1mm và chiều sâu là 1 mm. Khỏang cách giữa hai kênh Mini kề nhau là 1mm. Tất c các kênh được kết nối b i các ống dẫn đầu vào và đầu ra. Các ống dẫn có d ng hình chữ nhật với chiều rộng là 10 mm và chiều sâu là 1 mm. Các cánh t n nhiệt c a bộ t n nhiệt kênh Mini có mặt cắt ngang là hình chữ nhật, chiều sâu là 10 mm, chiều dài 150 mm. Một lớp c a PMMA (polymethyl methacrylate) đã được gắn phía trên c a substrate bằng cách rọi tia cực tím. Phần thử nghiệm đã được chế t o b i gia công Mini chính xác. Mỗi đầu vào và đầu ra c a bộ t n nhiệt này có diện tích mặt cắt ngang là 19,6 mm2. PMMA có hệ số dẫn nhiệt là 0,19 (W/mK) và mật độ là 1,420 kg/m3. Diện tích bộ trao đổi nhiệt này chỉ bằng 64 % so với bộ trao đổi nhiệt két nước c a nhà s n xuất. Hình 3.4 thể hiện rõ kích thước c a hai bộ t n nhiệt kênh Mini và két nước dùng vật liệu nhôm.
3.2 D ng c thí nghi m
Đo lưu lượng dòng ch y, lo i bơm (YS – 1200) và bơm, mã hiệu VSP-1200, s n xuất b i Tokyo Rikakikai được sử dụng cho hệ thống này. Bơm này có lưu lượng dòng ch y 1400 l/h. Bơm này có công suất 20 W sử dụng dòng điện xoay chiều 220 V – 240 V, 50 Hz.
Bình phụ được dùng với lưu lượng dòng ch y liên tục nhiều hơn. Sự gia nhiệt trước được điều khiển b i bộ điều chỉnh nhiệt độ - OMRON E5CSZ.
Trong nghiên c u này, bộ gia nhiệt với công suất tiêu thụlà 300 W được dùng để c i thiện nhiệt. Theo giới h n c a thiết bị này: nhiệt độ lớn nhất là 110 oC; sai số là 0,1 oC; điều khiển nhiệt độ chính xác là 0,1 oC; và độ sai số nhiệt độ là 0,1 oC.
Mối nối được chế t o bằng PMMA được kết nối đầu vào và đầu ra c a bộ t n nhiệt kênh Mini. đầu vào và đầu ra, hai c m biến nhiệt độ được đặt để nghi các giá trị nhiệt độ. Nhiệt độnước đầu vào và đầu ra được đo bằng cặp nhiệt lo i T. Các cặp nhiệt này được chèn vào trong ống mối nối đầu vào và đầu ra. Ngoài ra, 6 c m biến nhiệt độ được đặt hai mặt bên c a bộtrao đổi nhiệt Minichannel. Vì vậy, có tổng cộng 8 c m biến nhiệt độ được sử dụng để nghi dữ liệu.
Nhiệt độ, và tín hiệu hiệu điện thếđã được ghi l i sử dụng một cụm thu nhận dữ liệu 54-11-CT/HĐ-CTTB. Cuối cùng dữ liệu được truyền đến máy tính. Hình 3.5 thể hiện bộ thiết bị đo nhiệt độ.
Kết nối các thiết bị trong bộđo:
Nối nguồn với m ch gia nhiệt:
Cực dương (+V) c a nguồn nối với đầu dương c a m ch gia nhiệt, đầu âm m ch gia nhiệt nối với dây trắng-xanh c a Transitor. Dây trắng c a Transitor nối với chân 8 c a m ch gia nhiệt, dây xám c a Transitor nối với chân 1 c a m ch gia nhiệt. Dây vàng-nâu nối với đầu COM c a nguồn.
Nối nguồn với m ch đo nhiệt độ áp suất, nhiệt độ:
Nối chân 2 c a m ch áp suất, nhiệt độ nối với đầu dương (+V) c a nguồn. Nối chân 30 c a m ch áp suất, nhiệt độ nối với đầu COM c a nguồn.
Tiến hành nối các c m biến nhiệt độ, áp suất theo hướng dẫn các đầu chân như đã giới thiệu trên.
Nối các cổng USB c a m ch gia nhiệt và m ch đo áp suất, nhiệt độ vào máy tính để hiển thị và điều khiển thông qua phần mềm đã cài đặt.
Sau khi kết nối hệ thống ta tiến hành thí nghiệm, kh o sát:
Dữ liệu thực nghiệm thu được từ bộ t n nhiệt kênh Mini theo điều kiện nhiệt độ trong phòng dao động từ 32 ~ 35 oC. Độ chính xác và các d i thang đo c a dụng cụ thử nghiệm
được liệt kê trong b ng 6. Các thiết bị đã được sử dụng để làm thực nghiệm được liệt
kê như sau:
1. C m biến nhiệt độ, lo i T
2. Bơm, mã hiệu (YS – 1200), s n xuất b i Trung Quốc 3. Bơm, mã hiệu VSP-1200, s n xuất b i Tokyo Rikakikai 4. Điện tr , mã hiệu AXW-8, s n xuất b i Medilab
5. Cân điện tử, mã hiệu TE-214S, s n xuất b i Sartorious. 6. Bộ thiết bịđo lư ng nhiệt độ
7. Bộđo vận tốc gió
B ng 3.2: Độ chính xác và các d i thang đo c a dụng cụ thử nghiệm
D ng c th nghi m Độ chính xác D i thang đo
Cặp nhiệt kế 0,1 oC 0 ~ 100 oC Bộ căn bằng chính xác 0,0015g 0,0000 ~ 220 g
Thực tế, lưu lượng khối lượng nước trên xe đã được kiểm tra bằng các thiết bị trên, Kết qu đo cho thấy rằng lưu lượng khối lượng nước trong kho ng 100 ml/phút đến 630 ml/phút.
3.3. Đo đ t s li u
3.3.1 Đo nhiệt độ
Trước khi đo các nhiệt độ đầu vào và đầu ra, chúng ta chắt chắn rằng tất c các c m biến nhiệt độ là nhiệt độ giống nhau như c a môi trư ng xung quanh. Sau đó, chu kì thử nghiệm ho t động trong 20 phút để hệ thống đ t đến tr ng thái ổn định. Sau đó, giá trị nhiệt độ được nghi trong 10 phút. Các giá trị nhiệt độ trong cho hệ thống được tính toán tổng thể b i giá trị trung bình cho tất các nhiệt độ đang được nghi. Hai giá trị nhiệt độ từ đầu vào và đầu ra c a bộ t n kênh micro được kiểm tra đôi b i hai c m biến nhiệt độ các mối nối mà đó được kết nối đư ng ống dẫn đến bộ t n nhiệt kênh Mini.
3.3.2 Đo lưu lượng
Tỉ lệ lưu lượng khối c a bơm phun ra được điều chỉnh bằng cách cân khối lượng thay đổi trong một kho ng th i gian. Nó đã được tìm thấy rằng tỉ lệlưu lượng khối thực tế được cung cấp b i bơm phun ra là thấp hơn tỉ lệ lưu lượng khối định m c. Trước khi đo tỉ lệlưu lượng khối, thực hiện việc điều chỉnh để đ m b o chắt chắn rằng giá trị c a đĩa cân được hiển thị 0,0000 g. Sau đó, chu kỳ thử nghiệm được ho t động trong 20 phút để đ t được tr ng thái ổn định. Việc đo đ c tỉ lệlưu lương khối, tỉ lệ được điều chỉnh trong 10 lần, với kho ng th i gian giữa hai điều chỉnh liên tiếp là một phút. Cuối cùng, giá trị trung bình c a tỉ lệlưu lượng khối đã được tính toán.
3.4 Phân tích sai s
Kết hợp sự sai số với các tham sốđã được đánh giá theo phương pháp sau đây đã đề xuất b i Holman [18] � � = 1 � �� ��1 1 2 + 1 � �� ��2 2 2 + …+ 1 � �� ��3 3 2 2
Trong đó R được xác định b i một hàm số đã cho c a các biến đo khác x1, x2, x3, …xn, R = R (x1, x2, x3, …xn ) và u1, u2, u3, … un là các sai số trong các biến đo này.
Cặp nhiệt kế và hệ thống thu thập dữ liệu đã được điều chỉnh tr ng thái nước đóng băng để sai số là 0,1 oC. Hai cặp nhiệt kế lo i T được bố trí đầu vào và đầu ra c a bộ t n nhiệt kênh Mini để ghi các giá trị nhiệt độ. Hai cặp khác được bố trí các mối nối c a cuối đầu vào và đầu ra. Bổ sung thêm một cặp nữa để bố trí phía trên và phía dưới các vách c a PMMA. Vì vậy, tổng cộng là 5 cặp nhiệt kế lo i T được dùng để đo nhiệt độ. Nó đã quan sát thấy rằng các đư ng cong c a các phép đo nhiệt độ là tuyến tính. Nguồn góc c a các sai lệch cho các phép đo nhiệt độ c a nước bao gồm sai sốđiều chỉnh do các cặp nhiệt kế và sai số phép đo do tr ng thái không ổn định c a nước. Sau này được đánh giá trong ph m vi 0,3 oC. Kết hợp những hiệu ng này cho sựước lượng sai số là 0,4 oC.
Trên toàn thang đo áp suất có d i thang đo từ 0 – 1 bar với độ chính là 0,025. Nguồn gốc sai số do tr ng thái không ổn định c a nước được ước lượng là 1%. Kết hợp những hiệu ng này cho sựước lượng sai số là 1,1%.
Theo các phép đo tỷ lệlưu lượng khối, tất các các phép đo được thực hiện với độ chính xác c a đĩa cân là 0,0015 g. các sai số do phép đo thực nghiệm được ước lượng trong ph m vi 1,4%. Kết hợp kết qu các sai số này trong ước lượng sai số là 1,5%
Ch ng 4
CÁC K T QU VÀ TH O LU N
Để c i tiến hiệu qu truyền nhiệt c a két nước trên xe tay ga bằng bộ t n nhiệt kênh Mini, một nghiên c u bằng phương pháp thực nghiệm đã được thực hiện. Các đ i lượng như lưu lượng khối lượng c a nước, vận tốc gió và hình dáng c a thiết bị này đã được chọn làm các thông số thực nghiệm để kh o sát đặc tính truyền nhiệt cho bộ trao đổi nhiệt này. Các điều kiện thí nghiệm đã thực hiện như sau:
Lưu chất lỏng được sử dụng: Nước và hỗn hợp nước - etylenglycol Lưu lượng khối lượng c a lưu chất: 1,64 g/s đến 4,1 g/s
Nhiệt độ đầu vào c a lưu chất: 550C đến 640C Vận tốc gió: 0,8 m/s đến 3,5m/s
Nhiệt độmôi trư ng xung quanh: 330C đến 350C
4.1 K t qu th c nghi m l u ch t làm vi c lƠ n c
4.1.1 Lưu lượng khối lượng của lưu chất thay đổi
4.1.1.1 Vận tốc gió 0,8 m/s
Trong trư ng hợp này, vận tốc gió được giữa cố định 0,8 m/s, nhiệt độ đầu vào c a nước 61 0C và lưu lượng nước thay đổi từ 1,64 g/s đến 4,1 g/s. Hình 4.1 thể hiện mối quan hệ giữa độ chênh nhiệt độ đầu vào và đầu ra khi lưu lượng tăng lên. Kết qu thí nghiệm cho thấy rằng độ chênh nhiệt độ tỉ lệ nghịch với lưu lượng khối lượng c a lưu chất; khi lưu lượng khối lượng tăng thì độ chênh nhiệt độ gi m. Kết qu cũng cho thấy rằng lưu lượng khối lượng c a nước từ 1,64 g/s đến 2,46 g/s, độ chênh nhiệt độ thu được từkênh Mini cao hơn giá trị thu được từkét nước c a nhà s n xuất 1,50C.
Hình 4.1:So sánh độ chênh lệch nhiệt độ giữa đầu vào và đầu ra T c a kênh Mini và két nước vận tốc gió 0,8 m/s
Do độ chênh nhiệt độ gi m khi lưu lượng nước tăng trong kho ng 1,64 g/s đến 2,46 g/s điều này đã dẫn đến lượng nhiệt truyền từ nước nóng sang không khí c a kênh Mini cao hơn c a nhà s n xuất, như thể hiện hình 4.2: độ chênh lượng nhiệt lớn nhất c a kênh Mini và két nước là 10 W. Trong nghiên c u này, từ hình 4.2 cũng cho thấy rằng khi lưu lượng nước tăng thì nhiệt lượng cũng tăng theo.
Hình 4.2: So sánh lượng nhiệt c a két nước và kênh Mini vận tốc gió 0,8 m/s
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 Độ chê nh lệc h T ( C )
Lưu lượng khối lượng nước ( g/s ) Vận tốc gió 0,8 m/s Két nước Kênh Mini 0 10 20 30 40 50 60 70 1.64 2.46 3.28 4.1 Nhiệt lượng Q, W
Lưu lượng khối lượng c a nước, g/s Két nước
4.1.1.2 Vận tốc gió 1,2 m/s
cùng điều kiện thiết lập như trên, nhưng trong trư ng hợp này vận tốc gió được thiết lập giá trị 1,2 m/s, như được thể hiện trong hình 4.3. Kết qu thí nghiệm cũng cho thấy rằng độ chênh nhiệt độ như một hàm số c a lưu lượng khối lượng lưu chất; khi lưu lượng khối lượng tăng thì độ chênh nhiệt độ gi m. cùng lưu lượng khối lượng 1,64 g/s độ chênh nhiệt độ c a kênh Mini là 9,3 0C và c a két nước là 8,5 0C. So với vận tốc gió 0,8 m/s thì độ chênh nhiệt độ trong trư ng hợp này cao hơn (kênh Mini tăng 1,9 0C và két nước tăng 2,3 0C ). Kết qu cũng cho thấy rằng lưu lượng khối lượng c a nước từ 1,64 g/s đến 3,28 g/s, độ chênh nhiệt độ thu được từ kênh Mini cao hơn giá trị thu được từ két nước c a nhà s n xuất 1,90C đến 0,40C.
Hình 4.3: So sánh độ chênh nhiệt độ giữa đầu vào và đầu ra T c a kênh Mini và két nước vận tốc gió 1,2 m/s
Cũng trong trư ng hợp này, khi lưu lượng khối lượng nước tăng trong kho ng 1,64 g/s đến 3,28 g/s thì độ chênh nhiệt độ gi m, điều này đã dẫn đến lượng nhiệt truyền từnước nóng sang không khí c a kênh Mini cao hơn két nước c a nhà
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 1 2 3 4 5 Độ chênh lệch T ( C )
Lưu lượng khối lượng nước, ( g/s ) Vận tốc gió 1,2 m/s
Két nước Kênh Mini
s n xuất, như thể hiện hình 4.4; cùng lưu lượng khối lượng nước 1,64 g/s, nhiệt lượng truyền qua kênh Mini cao hơn nhiệt lượng truyền qua két nước là 5W. Trong nghiên c u này. cùng lưu lượng khối lượng 3,28 g/s độ chênh nhiệt lượng c a kênh Mini là 75,42 W và c a két nước là 75,42 W. So với vận tốc gió 0,8 m/s thì độ chênh nhiệt lượng trong trư ng hợp này cao hơn (kênh Mini tăng 20,57 W và két nước tăng 15,08 W ).
Hình 4.4: So sánh lượng nhiệt truyền ra môi trư ng c a kênh Mini và két nước vận tốc gió 1,2 m/s
4.1.1.3 Vận tốc gió 2,2 m/s
Trong nghiên c u này, hình 4.5 thể hiện mối quan hệ giữa độ chênh nhiệt độđầu vào và đầu ra khi lưu lượng thay đổi và vận tốc gió tăng lên 2,2 m/s. Kết qu thí nghiệm cho thấy rằng độ chênh nhiệt độ tỉ lệ nghịch với lưu lượng khối lượng c a lưu chất; khi lưu lượng khối lượng tăng thì độ chênh nhiệt độ gi m. cùng lưu lượng khối 1,64 g/s độ chênh nhiệt độ c a kênh Mini là 11,2 0C, tăng 1,9 0C so với vận tốc