M CL C
3.2.2. Thông s mô ph ng:
3.2.2.1. Các thông s công tác ch y u c aăđ ngăc
- Kí hiệu đ ng c chính: G6300ZC17B;
- Công suất thiết kế c a đ ng c : Ntk = 1800 Hp; - Vòng quay thiết kế: ntk = 550 v/p;
- Đ ng kính piston: D = 300 mm; - Hành trình piston: S = 380 mm;
- Suất tiêu hao nhiệt liệu: ge = 150g/Hp.h;
- Nhiệt đ trung bình c a khí x đ ng c : Tkx = 3000C;
3.2.2.2. Thông s v v t li u
Nhiệt đ đầu vào : Air at 25 C
Equation of State
Option Value
Molar Mass 28.96 [kg kmol^-1]
Density 1.185 [kg m^-3] Khí th i Khí th i Khí ra Khí vào ng x khí th i ng bao Qu t hút
Specific Heat Capicity
Option Value
Specific Heat Capicity 1004.4 [J kg^-1 K^-1] Specific Heat Type Constant Pressure
Reference State
Option Specified Point
Ref. Temperature 25 [C] Reference Pressure 1 [atm]
Vật liệu làm ng : Steel
Equation of State
Option Value
Molar Mass 55.85 [kg kmol^-1]
Density 7854 [kg m^-3]
Specific Heat Capicity
Option Value
Specific Heat Capicity 4.34E+02 [J kg^-1 K^-1]
Reference State
Option Specified Point
Ref. Temperature 25 [C]
3.2.3. Thi t l p mô hình và mô ph ng h th ng bằng ph n m m Ansys 14. INLET INLET OUTLET Fluid domain Solid domain T=25oC
Mass Flow Rate: 0,001kg/s
T=300oC
Hình 3.10: Miêu t các th ng s đầu vào cho bài toán
X: Kho ng cách giữa 2 ng (Mẫu 1) (Mẫu 4) (Mẫu 2) (Mẫu 3) Hình 3.9: Các mẫu thiết kế ng bao
3.2.4. So sánh các k t qu mô ph ng: M uă1:
B ng 3.1: Kết qu mô ph ng sau khi thay đổi kho ng cách X với mẫu 1
Hình 3.11: Biểu đồ nhiệt đ đầu ra khi thay đổi kho ng cách X với mẫu 1 To (mẫu 1) X=30mm X=40mm X=50mm To 136 152 178 min 138 166 201 140 180 224 142 193 247 145 207 270 max
M uă2:
Kết qu mô ph ng
B ng 3.2: Kết qu mô ph ng sau khi thay đổi kho ng cách X với mẫu 2
Hình 3.12 :Biểu đồ nhiệt đ đầu ra khi thay đổi kho ng cách X với mẫu 2 To(mẫu 2) X=30mm X=40mm X=50mm To 120 140 210 min 140 168 226 160 196 243 180 224 259 199 253 276 max
M uă3:
Kết qu mô ph ng
B ng 3.3: Kết qu mô ph ng sau khi thay đổi kho ng cách X với mẫu 3
Hình 3.13: Biểu đồ nhiệt đ đầu ra khi thay đổi kho ng cách X với mẫu 3 To (mẫu 3) X=30mm X=40mm X=50mm To 122 141 203 min 141 168 221 160 194 239 179 221 257 197 248 275 max
M uă4:
Kết qu mô ph ng
B ng 3.4: Kết qu mô ph ng sau khi thay đổi kho ng cách X với mẫu 4
Hình 3.14: Biểu đồ nhiệt đ đầu ra khi thay đổi kho ng cách X với mẫu 4 To (mẫu 4) X=30mm X=40mm X=50mm To 119 138 204 min 139 165 221 159 192 238 179 219 256 199 246 273 max
Mẫu 2a Mẫu 2b Mẫu 2c
So sánh nhiệt đ 4 mẫu , với kho ng cách X= 50mm
B ng 3.5: Kết qu mô ph ng 4 mẫu
X = 50mm
Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Mẫu 4 To
178 210 203 204 min 201 226 221 221 224 243 239 238 247 259 257 256 270 276 275 273 max Hình 3.15: Biểu đồ so sánh nhiệt đ đầu ra 4 mẫu.
Nhận xét :qua biểu đồ phơn tích nhiệt đ đầu ra 4 mẫu , nhận thấy nhiệt đ khí
với các mẫu 2,3,4 tăng so với mẫu 1khi có sự thay đổi về thiết kế đầu vƠo (inlet)
c a ng bao ngoƠi.
B ng 3.6: Kết qu mô ph ng khi t o gân trên ng x
Hình 3.17: Biểu đồ so sánh nhiệt đ đầu ra khi t o gân trên ng x mẫu 2
Thay đổi th ng s l u l ng hút: Chọn mẫu 2(Mass Flow Rate : 0.06kg/s)
B ng 3.7: Kết qu mô ph ng khi thay đổi th ng s l u l ng hút
Mẫu 2a Mẫu 2b Mẫu 2c T0
X=50mm 210 214 218 min 226 230 233 243 247 249 259 262 265 276 278 280 max X =30mm X = 40mm X = 50mm T0 To 85 95 108 min 90 101 116 95 106 124 100 112 131 106 117 139 max
Hình 3.18: Biểu đồ nhiệt đ đầu ra khi thay đổi th ng s l u l ng hút
Ch ng 4
MÔ PH NG H TH NG VÀ SO SÁNH V I K T QU TH C NGHI M
4.1. Tìm hi u v đ ngăc ăvà hình d ngăkíchăth c c a ng x khí th i cho th c nghi m
4.1.1.ăĐ ngăc ămáyăphátăđi n CAT D333
Hình 4.1 : Đ ng c máy phát điện CAT D333
4.1.2. ng x khí th i :
- Chiều dƠi ng : 1850 mm
- Chiều dƠi phần ng gia nhiệt : 1100 mm
Máy phát điện CAT D333 - 1800 rpm/ 60 Hz/
Các thông s chính ph c v cho mô ph ng Nhiệt đ khí x T c đ khí x Kích th ớc đ ng kính ng x 435.7 ° C 53.8 m³/min 110 mm
- Đ ng kính ngoƠi : 110 mm
- Chiều dƠy ng : 3 mm
Hình 4.2 : ng x khí th i
4.2. Mô ph ng quá trình gia nhi t không khí c a h th ng.
Sau khi tìm hiểu về cấu t o cũng nh quá trình gia nhiệt cho không khí trong hệ
th ng tận d ng nhiệt th i từđ ng c . Tiếp theo sử d ng công c phần mềm mô ph ng dòng ch y ANSYS CFX để mô ph ng dòng ch y vƠ quá trình trao đổi nhiệt. Nh trình bƠy ch ng 3,quá trình gia nhiệt nhiệt cho không khí trong hệ
th ng tận d ng nhiệt th i từđ ng c , không khí bên ngoƠi đ c hút vào nh qu t sẽ đ c gia nhiệt b i nhiệt đ từ ng x .
Nh ng trong giới h n nghiên c u ban đầu, đơy chỉ tập trung vào quá trình gia nhiệt cho không khí c a dòng bên ngoài tiếp xúc với bề mặt ngoài c a ng x Không mô ph ng quá trình h n h p không khí cháy tác d ng t i nhiệt lên bề
mặt trong c a thành ng x , mƠ thay vƠo đó bằng m t nguồn nhiệt áp đặt vào thành ngoài ng x .
Hình 4.4 : Quá trình gia nhiệt không khí c a hệ th ng
- Từ các thông s tham kh o ban đầu về đ ng c , nhiệt đ vƠ kích th ớc ng x , l u l ng hút c a qu t.
- Từ quá trình tìm hiểu về nh h ng c a các thông s chính c a hệ th ng đến nhiệt đ đầu ra c a khí ch ng 3
đơy chỉ tập trung vào mô ph ng 2 tr ng h p:
- Tr ng h p dòng đ c gia nhiệt bằng qu t thổi đặt đầu vào( inlet) - Tr ng h p dòng đ c gia nhiệt bằng qu t hút đ t đầu ra(outlet)
ng x
N iăkhíăvào
N i khí ra ng bao
Hình 4.5 : Hai tr ng h p mô ph ng (1): dòng gia nhiệt bằng qu t thổi đặt
đầu vào(inlet); (2): dòng gia nhiệt bằng qu t hút đặt đầu ra(outlet)
4.2.1. Thi t k , mô ph ng ki m tra nhi tăđ v iătr ng h p 1 4.2.1.1. Thi t k mô hình ng bao ngoài
Hình 4.6 : ng bao ngoƠi vƠ kích th ớc
X : Đ ng kính ng
(1)
Hình 4.7 : Mô hình 3D ( tr ng h p 1)
4.2.1.2. Mô ph ng , ki m tra nhi tăđ đ uăraă(ăTr ngăh pă1)
Các b ớc gi i
B c 1: Chọn hệ th ng phân tích, thiết lập các thu c tính vật liệu - Hệ th ng phân tích: Fluid Flow (CFX) – Dòng chất l ng (CFX) - Các thu c tính vật liệu
B c 2: Xây dựng mô hình hình học c a bài toán
- Mô hình hình học c a bƠi toán đ c dựng bằng phần mềm Catia V5R19
Hình 4.8 : Mô hình hình học c a bài toán
B c 3: Chia l ới cho mô hình hình hình học c a bài toán
B c 4: Ràng bu c vƠ các điều kiện biên c a bài toán
Hình 4.10: Miêu t các th ng s đầu vào cho bài toán
Thiết lập điều kiện biên :
- INLET :
Flow Regime
Option Subsonic
Mass And Momentum
Option Mass Flow Rate
Mass Flow Rate 0.002 [kg s^-1]
Flow Direction
Option Normal to Boundary Condition
Turbulence
Option Medium ( Intensity = 5%)
Heat Transfer
Option Static Temperature
Static Temperature 30 [C]
- OUTLET :
Hình 4.12: Điều kiện biên OUTLET - WALL :
Hình 4.13: Điều kiện biên WALL
Flow Regime
Option Subsonic
Mass And Momentum
Option Mass Flow Rate
Mass Flow Rate 0.002 [kg s^-1]
Mass And Momentum
Option No Slip Wall
Wall Roughness
Option Smooth Wall
Heat Transfer
Option Temperture
Heat Transfer
B c 5: Gi i
B c 6: Xử lý và xem kết qu
- Kết qu phân tích nhiệt đ đầu ra (outlet) c a 3 mẫu
B ng 4.1: Kết qu mô ph ng c a 3 mẫu (tr ng h p 1)
Hình 4.14: Biểu đồ so sánh nhiệt đ đầu ra c a 3 mẫu (tr ng h p 1)
Tr ng h p 1 dòng khí đ c gia nhiệt bằng qu t thổi đặt đầu vào (inlet) kết qu cho thấy nhiệt đ dòng khí đ c gia nhiệt Toutlet = 51,9oC sau khi thay đổi
đ ng kính ngoài X =190mm gần với nhiệt đ giới h n c a đề tài T = 50oC
* Với tr ng h p 1 ( X =170mm) T =48,2o C , có thể tăng nhiệt đ đầu ra
(outlet) bằng cách t o gơn trên ng x
X =170mm X = 190mm X = 210mm T0 To 44,1 49,1 52,9 Min 46,2 50,5 54,3 48,2 51,9 55,8 50,2 53,4 57,2 52,2 54,8 58,5 Max
- Kết qu phân tích nhiệt đ đầu ra (outlet) tr ng h p 1 (X=210mm) với mẫu t o gân trên ng x
B ng 4.2: Kết qu mô ph ng nhiệt đ đầu ra (outlet) tr ng h p 1
Kết qu trong 2 tr ng h p d ới d ng đ ng dòng khí cho ta thấy rõ sự khác biệt giữa dòng khi t o gơn vƠ ch a t o gân trên ng x . Đ i với dòng khí lúc ch a
t o gân trên ng x , quá trình trao đổi nhiệt diễn ra theo từng lớp chất khí. Với
tr ng h p dòng khí khi tao gân trên ng x thì l i khác. T i đó có thể nhìn thấy rõ sựtrao đổi nhiệt m nh mẽ nh chuyển đ ng h n đ n và s l ng các phần tử c a dòng khí. Ch a t o gơn T o gơn T0 To 44 48 Min 46 50 48 52 50 53 52 55 Max
Hình 4.16: Phơn b đ ng dòng khí streamline trong 2 tr ng h p t o gơn vƠ ch a t o gơn
4.2.2. Thi t k , mô ph ng ki m tra nhi tăđ v iătr ng h p 2 4.2.2.1. Thi t k mô hình ng bao ngoài
Hình 4.17: ng bao ngoƠi vƠ kích th ớc
Hình 4.18: Mô hình 3D ( tr ng h p 2)
4.2.2.2. Mô ph ng , ki m tra nhi tăđ đ uăraă(ăTr ngăh pă2)
Các b ớc gi i
B c 1: Chọn hệ th ng phân tích, thiết lập các thu c tính vật liệu - Hệ th ng phân tích: Fluid Flow (CFX) – Dòng chất l ng (CFX) - Các thu c tính vật liệu
B c 2: Xây dựng mô hình hình học c a bài toán
- Mô hình hình học c a bƠi toán đ c dựng bằng phần mềm Catia V5R19
X : Đ ng kính ng bao ngoài
Hình 4.19: Mô hình hình học c a bài toán
B c 3: Chia l ới cho mô hình hình hình học c a bài toán
Hình 4.20: Chia l ới
B c 4: Ràng bu c vƠ các điều kiện biên c a bài toán
Hinh 4.21: Miêu t các th ng s đầu vào cho bài toán
Thiết lập điều kiện biên :
- INLET :
Hình 4.22: Điều kiện biên INLET - OUTLET :
Hình 4.23: Điều kiện biên OUTLET
Flow Regime
Option Subsonic
Mass And Momentum
Option Mass Flow Rate
Mass Flow Rate 0.002 [kg s^-1]
Flow Direction
Option Normal to Boundary Condition
Turbulence
Option Medium ( Intensity = 5%)
Heat Transfer
Option Static Temperature
Static Temperature 30 [C]
Flow Regime
Option Subsonic
Mass And Momentum
Option Mass Flow Rate
- WALL :
Hình 4.24: Điều kiện biên WALL
B c 5: Gi i
B c 6: Xử lý và xem kết qu
- Kết qu phân tích nhiệt đ đầu ra (outlet) c a 3 mẫu
B ng 4.3: Kết qu mô ph ng c a 3 mẫu (tr ng h p 2)
Mass And Momentum
Option No Slip Wall
Wall Roughness
Option Smooth Wall
Heat Transfer Option Temperture Heat Transfer Fixed Temperature 150 [C] X =170mm X = 190mm X = 210mm T0 To 46,6 48,3 51,8 Min 48,6 50,6 54,1 50,6 53 56,4 52,6 55,4 58,7 54,7 57,7 60,9 Max
Hình 4.25: Biểu đồ so sánh nhiệt đ đầu ra c a 3 mẫu (tr ng h p 2)
Tr ng h p 2: dòng khí đ c gia nhiệt bằng qu t hút đặt đầu ra (outlet) kết qu cho thấy nhiệt đ dòng khí đ c gia nhiệt Toutlet = 50,6oC sau khi thay đổi
đ ng kính ngoài X =170mm gần bằng với nhiệt đ giới h n c a đề tài T = 50oC
4.3.ăĐ xu t cho mô hình th c nghi m
- Căn c vào b ng kết qu phân tích nhiệt đ từ2 tr ng h p trên,ta chọn
tr ng h p 1 với mẫu X =190mm để tiến hành chế t o mô hình thực nghiệm, với các thông s và vật liệu ph c v cho việc chế t o mô hình :
+ Nhiệt đ ng x khi ch y có t i T =150oC
+ L u l ng qu t 0,002kg/s
+ Vật liệu cách nhiệt bằng s i Amiang
Hình 4.27: a) Qu t thổi
b) Amiang cách nhiệt c) Nhôm làm ng bao ngoài
Thông s về qu t thổisử d ng trong thực nghiệm Kích th ớc T c đ (R.P.M) L u l ng khí (kg/s) Áp suất khí ( mm/H2O) Đ ồn Điện áp 100x100x25 mm 800 R.P.M +/- 10% 0.002 kg/s 0.42 mm/H2O 13.83 dBA 12 V DC a) b) c)
4.4. So sánh k t qu quá trình th c nghi m v i mô ph ng 4.4.1. Quá trình th c nghi m :
Hình 4.28: Lắp ng bao ngoài và cách nhiệt ng bằng Amiang
- Tiến hƠnh đo nhiệt đ đầu ra c a khí khi đ ng c ch y có t i (1/3 t i)
Hình 4.30: Nhiệt đ đo t i đo n gia nhiệt c a ng x
4.4.2. K t qu th c nghi m
Hình 4.31: Nhiệt đ khí thu đ c sau khi đ ng c ch y có t i
4.4.3. So sánh v i k t qu mô ph ng
Nhận xét: Căn c vào kết qu phân tích nhiệt đ giữa quá trình mô ph ng và thực nghiệm, nhận thấy nhiệt đ khí sau khi đ c gia nhiệt trong thực nghiệm t ng đ ng với kết qu khi mô ph ng hệ th ng trên phần mền Ansys 14 và phù h p với nhiệt đ giới h n c a đề tài.
Ch ng 5 K T LU N 5.1. Các k t qu đư th c hi n trong lu năvĕn
Qua quá trình nghiên c u luận văn đư mô ph ng nh h ng c a các thông s
chính đến nhiệt đ đầu ra c a khí, với nhiệt đ tham kh o ng x đ ng c T =
300oC, l u l ng hút c a qu t 0,001kg/s, nhiệt đ không khí T=25oC . Các kết qu
chính sau đư đ c rút ra.
- Thiết kế 4 mẫu ng bao ngoƠi ng với 4 biên d ng đầu vƠo (Inlet) kết qu cho thấynhiệt đ đầu ra c a khí mẫu 2,3,4 tăng so với mẫu 1 khi có sự thay đổi về biên d ng đầu vƠo (Inlet) c a ng bao ngoƠi.
- Với m i mẫu có kho ng cách khe h giữa ng x vƠ ng bao lần l t lƠ X =
30,40,50mm kết qu cho thấynhiệt đ đầu ra c a khí sẽ tăng khi kho ng cách X tăng.
- T o gân trên ng x khí th i kết qu cho thấy nhiệt đ đầu ra c a khí tăng lên
khi t o gân trên ng x .
- Thay đổi thông s l u l ng khí c a qu t từ 0,001 kg/s lên 0,06kg/s kết qu cho thấy nhiệt đ đầu ra c a khí gi m khi tăng l u l ng hút c a qu t.
Các kết qu mô ph ng cho mô hình thực nghiệm. Với nhiệt đ đođ c trên ng x đ ng c T = 150oC, l u l ng hút c a qu t 0,002kg/s, nhiệt đ không khí T=30oC, nhiệt đ giới h n c a đề tài T = 50oC. từđó đ a ra mô hình thí nghiệm cho
2 tr ng h p với m i tr ng h p có 3 mẫu với kích th ớc X lƠ đ ng kính ng bao (X=170,190,210mm)
Tr ng h p 1: dòng khí đ c gia nhiệt bằng qu t thổi đặt đầu vào (inlet) kết qu cho thấy nhiệt đ khí đ c gia nhiệt Toutlet = 51,9oC sau khi thay đổi đ ng kính ngoài X =190mm
Tr ng h p 2: dòng khí đ c gia nhiệt bằng qu t hút đặt đầu ra (outlet) kết