Từ các ảnh hưởng đến hiệu quả truyền nhiệt–truyền chất với các giả thiết giới hạn điều kiện hoạt động của bình hấp thụ, mối quan hệ của hệ số truyền nhiệt k [W/(m2.K)]; hệ số truyền chất hm (m/s) trong quá trình hấp thụ theo nồng độ dung dịch Cal = 28 ÷ 31%; độ phân phối dung dịch theo chiều dài Г = 0,005 ÷ 0,015 kg/(m.s); nhiệt độ nước giải nhiệt tw = 28 ÷ 38
oC được xác định.
Nhiệt độ nước giải nhiệt giảm thì hệ số truyền nhiệt tăng, hệ số truyền chất tăng. Nhiệt độ nước giải nhiệt giảm 1 oC thì hệ số truyền nhiệt tăng 0,95%, hệ số truyền chất tăng 3,7%. Hình 6.6 cũng trình bày ảnh hưởng kết hợp của sự thay đổi nhiệt độ nước giải nhiệt cũng như mật độ phân phối của dung dịch. Mật độ phân phối dung dịch giảm thì hệ số truyền nhiệt giảm, hệ số truyền chất giảm theo mong muốn thực tế.
73
Nồng độ dung dịch giảm thì hệ số truyền nhiệt tăng, hệ số truyền chất tăng. Nồng độ dung dịch giảm 1% thì hệ số truyền nhiệt tăng 1,46%, hệ số truyền chất tăng 1,39%. Hình 6.7 cũng trình bày ảnh hưởng kết hợp của sự thay đổi nồng độ dung dịch loãng cũng như mật độ phân phối của dung dịch. Mật độ phân phối dung dịch giảm thì hệ số truyền nhiệt giảm, hệ số truyền chất giảm theo mong muốn thực tế.
74
Mật độ phân phối dung dịch giảm thì hệ số truyền nhiệt giảm, hệ số truyền chất giảm. Mật độ phân phối dung dịch giảm 1% thì hệ số truyền nhiệt giảm 0,56%, hệ số truyền chất giảm 3,27%. Hình 6.8 cũng trình bày ảnh hưởng kết hợp của sự thay đổi mật độ phân phối dung dịch cũng như nồng độ của dung dịch. Nồng độ dung dịch giảm thì hệ số truyền nhiệt tăng, hệ số truyền chất tăng theo mong muốn thực tế.
6.2.2 Đánh giá độ sai lệch
Tính cho điều kiện môi trường tại TP. Hồ Chí Minh và nguồn nhiệt cấp vào đáp ứng được nhu cầu làm nước đá. Theo hình 6.9, dữ liệu đầu vào: nhiệt độ ngưng tụ của hơi NH3 (tc = 34,5oC), nhiệt độ hấp thụ của dung dịch NH3-H2O đậm đặc rời khỏi bình hấp thụ (ta = 36,6
oC), nhiệt độ bay hơi của NH3 trong bộ bay hơi (te = -19oC), công suất điện cấp vào Psupply = 3,76kW, nhiệt độ phát sinh của dung dịch trong bình phát sinh tg = 120oC. Tính chất nhiệt động tại các trạng thái khác nhau của hệ thống được thể hiện trong bảng 6.2.
75
Công suất của các bộ phận: bay hơi, ngưng tụ, hấp thụ, phát sinh, cột chiết tách, công suất bơm dung dịch, hệ số hiệu quả nhiệt của hệ thống lần lượt là Qe = 1,52kW; Qc = 1,727kW; Qa = 3,412kW; Qg = 3,762kW; Qd = 0,41kW; Qp_out = 0,362kW; COP = 0,413. Bội số tuần hoàn f = 15,1. Thí nghiệm được thực hiện cho máy lạnh hấp thụ hoàn chỉnh và hoạt động ổn định. Theo tính toán hệ thống, Công suất nhiệt của bình hấp thụ Qa_compute = 3,412kW.
Hình 6.9 Giá trị các điểm trạng thái đo được
Bảng 6.2 Các điểm trạng thái của máy lạnh hấp thụ thiết kế
Điểm NH3-H2O p (bar) t (oC) C (%) i (kJ/kg) v (l/p) m (kg/s) χ Trạng thái
1 NH3 1,6 17,5 99,4 1333,3 11,34 0,0013 1,064 Hơi quá nhiệt 2 NH3-H2O 1,5 36 32,5 -99,3 1,31 0,0191 0 Lỏng bão hòa 3 NH3-H2O 14 40,1 32,5 -80,4 1,31 0,0191 -0,159 Lỏng quá lạnh 4 NH3-H2O 13,93 99,1 32,5 185,4 1,31 0,0191 -0,025 Lỏng quá lạnh 5 NH3-H2O 13,9 118 90 1611,4 12,6 0,0015 1,139 Hơi quá nhiệt 6 NH3-H2O 13,87 112,5 27,8 276,4 1,215 0,0179 0 Lỏng bão hòa 7 NH3-H2O 13,8 48,8 27,8 -9,65 1,215 0,0179 -0,162 Lỏng quá lạnh 8 NH3-H2O 1,62 49 27,8 -9,65 1,215 0,0179 -0,162 Lỏng quá lạnh 9 H2O 13,9 107,8 0 448 0,0133 0,0002 0 Lỏng bão hòa 10 NH3 13,85 107,8 99,4 1496,6 11,34 0, 0013 1,171 Hơi quá nhiệt 11 NH3 13,8 30,2 99,4 130,9 11,34 0, 0013 0 Lỏng bão hòa 12 NH3 1,73 -14,3 99,4 130,9 11,34 0, 0013 0,181 Hai pha 13 NH3 1,62 -20 99,6 1245,5 58,5 0, 0013 1 Hơi bão hòa
76
Công suất nhiệt của bình hấp thụ đo đạc được cũng chính là công suất mà dòng nước giải nhiệt mang đi Qa_cooling = mw*Cp*Δtw = 16,4*0,995*4,174*(33,5-30,7)/60 = 3,084kW. Công suất này bao gồm cả phần công suất nhiệt của dòng hơi đang ở nhiệt độ thấp đi vào bình hấp thụ 18,5oC lên đến nhiệt độ dung dịch đậm đặc ra khỏi bình hấp thụ 35,8oC; nhiệt dung riêng của dòng hơi NH3 Cp_ammo = 2,72 kJ/(kg.K); lưu lượng dòng hơi NH3 mammo = 1,82g/s
là Qa_ammo = mammo*Cp_ammo*tammo = 1,82*2,72*(36-17,5)*0,001 = 0,091kW. Vì thế, Qa_meas = Qa_cooling + Qa_ammo = 3,270kW.
Hệ số truyền nhiệt theo phương trình của mối quan hệ của hệ số truyền nhiệt k[W/(m2.K)] là k = f(C; Г; T) = f(0,308; 0,008; 306,3) = 0,863kW/(m2K). Diện tích bề mặt ống giải nhiệt của bình hấp thụ Aa = π*0,01*(6*0,18*28) = 0,95m2. Nhưng khi chảy xuống diện tích dính ướt bị thu hẹp và không đều dần nên diện tích bề mặt ống giải nhiệt thực là 0,85m2. Nhiệt dung riêng của dòng hơi NH3 Cp_ammo = 2,72kJ/(kg.K). Hệ số phân phối phụ thuộc vào lưu lượng dung dịch loãng cấp vào ϕГ = 0,65. Theo kết quả mô phỏng ở hình 6.10 có Qa_sim = 3,671kW.
Sai số giữa tính toán hệ thống Qa_compute so với kết quả thực nghiệm Qa_meas là 4,3%. Sai số giữa kết quả mô phỏng (từ mối quan hệ của hệ số truyền nhiệt k) Qa_sim so với kết quả thực nghiệm Qa_meas là 12,3%.
77
Hệ số truyền chất hm từ phương trình hồi quy được sử dụng như giá trị trung bình để tính cho diện tích truyền nhiệt và truyền chất. Hệ số truyền chất theo phương trình của mối quan hệ của hệ số truyền chất hm = f(C; Г; T) = f(0,308; 0,008; 306,3) = 1,45*10-5m/s. Theo kết quả mô phỏng ở hình 6.11 có nồng độ dung dịch loãng vào và đặc ra là 29% và 33,4%, có độ tăng nồng độ là 4,4% (nồng độ dung dịch đặc ra chưa đạt nồng độ bảo hoà 35,4% tương ứng với nhiệt độ dung dịch ra khỏi bình hấp thụ 47oC). Theo đo đạc, nồng độ dung dịch loãng vào và đặc ra đo đạc là 28,32% và 31,55% (kết quả đo đạc mẫu W8.1 và S8.1 của ngày 03/08/2016 ở phần phụ lục 4) có độ tăng nồng độ là 3,59%. Độ tăng nồng độ giữa mô phỏng và đo đạc có sai số là 36,22%.
Thành phần sai số của nồng độ dung dịch đo đạc phụ thuộc nhiều vào giai đoạn lấy dịch, bảo quản, lưu trữ, và cho dung dịch ra ống nghiệm. Sai số còn lại là do phương pháp thực hiện đo đạc được trình bày ở phụ lục 4.
Theo Sangsoo Lee và cộng sự [47] tìm được hệ số truyền nhiệt k = f(C; Г; P) = f(0,25; 0,008; 2,5) = 0,880kW/(m2.K) và hệ số truyền chất hm = f(C; Г; P) = f(0,25; 0,008; 2,5) = 1,65*10-5m/s.
78