CHƯƠNG V: MÔ PHỎNG
5.3) Mô phỏng truyền nhiệt và dòng chảy trong Calorife.
Yêu cầu: Vận tốc dòng tác nhân sấy đi vào calorife là 7-8 m/s với nhiệt độ là 35oC, các ông gia nhiệt được bơm hơi nước với vận tốc 1m/s nhiệt độ 110oC. Kiểm nghiệm nhiệt độ tác nhân sấy đầu ra của Calorife và vận tốc của dòng tác nhân sấy.
5.3.1) Lập mô hình cần mô phỏng tính toán.
_Ta thiết lập mô hình các giàn gia nhiệt và đồng thời một khối bao bọc bên ngoài để cho các tác nhân sấy có thể đi qua với 10 tần ống gia nhiệt với 0,45 m bước ống.
Hình 5.18 Mô hình các ống gia nhiệt
Hình 5.19 Khối tác nhân sấy đi qua
5.3.2) Tiến hành chia lưới phần tử hữu hạn cho hệ thống.
_Khi chia lưới chú ý để các cạnh tiếp xúc với khối cần phải chia kích thước cho thích hợp để tăng độ chính xác cũng như không bị lỗi interface.
Hình 5.20 tiến hành chia lưới cho các ống gia nhiệt Sau khi chia lưới tiến hành thiết lặp các Object:
+ Khối tác nhân sấy (Fluid domain) + Ống dẫn hơi nước (Heat Fuild ) + Bề mặt vô của tác nhân sấy (Inlet) + Bề mặt ra của tác nhân sấy (Outlet)
+ Bề mặt vào của hơi bão hòa ẩm (heat inlet) + Bề mặt ra của hơi bão hoà ẩm (heat outlet)
Hình 5.21 tiến hành thiết lập các Object cho các ống gia nhiệt
5.3.3) Tiến hành thiết lập điều kiện biên của bài toán.
_Chọn Steady: chỉ tính hệ thống ở trạng thái ổn định _Thiết lập gia tốc trọng trường 9,81 m/s2
_Thiết lập loại lưu chất đi trong fuild domain: Air
Hình 5.23 tiến hành thiết lập loại lưu chất cho các ống gia nhiệt
_Thiết lập loại lưu chất đi trong heat fuild : water-vapor
_Cài đặt thông số vận tốc và nhiệt độ của các lưu chất
Vận tốc tác nhân sấy vào là 7m/s Nhiệt độ hơi nước nóng là 100oC
Hình 5.25 tiến hành thiết lập thông số vận tốc và nhiệt độ cho các ống gia nhiệt
_Thiết lập mô hình toán: Cơ sở lý thuyết:
+ Kích hoạt bài toán phương trình năng lượng do bài toán truyền nhiệt ( thermal tranfer)
+ Độ nhớt động học theo lớp (Viscous – Laminar ) và độ nhớt thay đổi theo nhiệt độ (Visous- heating)
+ Thành các vật rắn (solid ) làm các lớp lưu chất trượt lên nhau để giảm tài nguyên máy tính và đảm bảo độ ổn định cho hệ thống ( Slip wall )
_Xem xét dòng chất lỏng trên một tấm phẳng, như thể hiện trong hình bên dưới. Biên dạng vận tốc đồng đều chạm vào cạnh hàng đầu của thành vật rắn, và một lớp ranh giới nhiều lớp bắt đầu phát triển. Dòng chảy trong khu vực này rất dễ doán do dòng chảy tầng. Sau một khoảng cách nào đó, các dao động hỗn loạn nhỏ bắt đầu phát triển trong lớp biên và dòng chảy bắt đầu chuyển sang trạng thái chảy rối , cuối cùng trở thành chảy rối hoàn toàn.
Hình 5.27 tiến hành thiết lập mô hình tính toán cho các ống gia nhiệt
_Sự chuyển đổi giữa ba vùng này có thể được xác định theo số Reynolds
_Đó là mật độ chất lỏng; vận tốc; chiều dài đặc trưng (trong trường hợp này là khoảng cách từ cạnh hàng đầu); và là độ nhớt động lực học của chất lỏng.
_Chúng ta sẽ giả định rằng chất lỏng là Newton, có nghĩa là ứng suất nhớt tỷ lệ thuận với độ nhớt động lực học là hằng số tỷ lệ thuận với tốc độ cắt. Điều này đúng, hoặc gần như vậy, đối với nhiều loại chất lỏng có tầm quan trọng về mặt kỹ thuật, chẳng hạn như không khí hoặc nước.
_Kiểm nghiệm kết quả tính toán: chọn phương pháp tính ( Green- Gause cell based ) cho dạng bài toán phi tuyến
Hình 5.28 tiến hành thiết lập mô hình tính toán cho các ống gia nhiệt
Ta có thể thấy các đường tính toán có độ hội tụ cao và ổn định trong hệ thống 5.3.4) Kiểm nghiệm kết quả tính toán mô phỏng.
_Chúng ta chỉ mới xét tới trọng lực chưa xét tới tính đối lưu của không khí và áp suất quạt thổi, quạt hút đồng thời kết quả sự chảy rối của không khí không thể xác định được nên kết quả chỉ có thể tham khảo không tính chính xác được.
Hình 5.29 vận tốc không khí trong các ống gia nhiệt
_Nhiệt độ ống gia nhiệt ở trạng thái ổn định 150oC ở đầu ống về cuối ống thì nhiệt độ càng giảm khoảng 97oC
Hình 5.30 nhiệt độ trong các ống gia nhiệt _Nhiệt độ tác nhân sấy phân bố không đều ở output.
_Giá trị trung bình ngõ ra của tác nhân sấy là 94oC
_Đây ta chỉ mô phỏng ở trạng thái steady ( ổn định ) và chưa tính đến thất thoát ra bên ngoài theo thời gian (dt) nên nhiệt độ này là chấp nhận được.
Do đó giá trị mô phỏng gần giống với giá trị tính toán. Việc mô phỏng chỉ mang ý nghĩa kiểm tra tham khảo cần được chứng minh bằng thực nghiệm để ra kết quả chính xác hơn.