2. Thiết bị thí nghiệm
4.4.3 So sánh các kết quả thực nghiệm
4.4.3.1 So sánh độ chênh áp mẫu 2 nằm ngang và mẫu 2 thẳng đứng theo lưu lượng hơi vào
Đồ thị 4.12 Biểu đồ lưu lượng hơi vào và độ chênh áp giữa dàn nằm ngang và dàn
thẳng đứng
Đồ thị 4.12 thể hiện độ chênh áp giữa hơi vào và nước ngưng ra ở dàn đặt nằm ngang luôn lớn hơn so với dàn đặt thẳng đứng. Nguyên nhân là do khi chúng ta đặt kênh thẳng đứng, dòng nước ngưng trong kênh di chuyển và được hỗ trợ bởi lực trọng trường rất nhiều so với đặt nằm ngang dòng nước ngưng trong kênh di chuyển được nhờ độ chênh áp. 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 0 0.0001 0.0002 0.0003 0.0004 0.0005 0.0006 0.0007 0.0008 Áp su ất [ P a]
Lưu lượng hơi vào [kg/s]
79
4.4.3.2 So sánh nhiệt độ hơi vào giữa mẫu 1 và mẫu 2 theo lưu lượng hơi vào và nước ngưng tụ ngưng tụ
Đồ thị 4.13 Biểu đồ so sánh cường độ dòng điện và khả năng giải nhiệt của dàn 5
ống đứng và dàn 5 ống ngang
Đồ thị nói lên được cường độ dòng điện tỉ lệ thuận với lượng sinh hơi cho ra cho dàn vì thế ta thấy được khả năng ngưng tụ của ống ngang tốt hơn do hệ số α mằn ngang tốt hơn nên điểm cực đại của lượng nước ngưng tụ cao hơn và với cường độ đòng điện tương đương.
Tại áp suất dao động từ 0.04 Bar đến 0.26 Bar biến đổi liên tục không quy tắc do ảnh hưởng của cảm biến áp suất , môi trường và phương pháp vận hành lò hơi tác động của nước cấp. 0 10 20 30 40 50 60 0 2 4 6 8 10 12 14 Lư u lư ợ n g (g /s)
Cường độ dòng điện (A)
80
4.4.3.3 So sánh nhiệt độ hơi vào giữa mẫu 1 và mẫu 2 theo lưu lượng hơi vào và nước ngưng tụ lượng hơi vào và nước ngưng tụ
Đồ thị 4.14 Biểu đồ so sánh cường độ dòng điện và khả năng giải nhiệt của dàn 10
ống đứng và dàn 10 ống ngang
Khả năng giải nhiệt của dàn nằm ngang tốt hơn vì lượng nước ngưng sinh ra nhiều hơn tại cường độ dòng điện xấp xỉ 11,70C. trong quá trình vận hành lưu lượng nước ngưng thay đổi do cường độ dòng điện tăng giảm không đồng đều do quá trình vận hành, môi trường tác động và điều chỉnh nước cấp cho lò hơi.
Tại áp suất dao động từ 0.01 đến 0.07 Bar. Áp suất thay đổi ổn định hơn cũng như tăng giảm đồng đều theo cường độ dòng điện.
0 10 20 30 40 50 60 0 2 4 6 8 10 12 14 Lư u lư ợ n g (g /s)
Cường độ dòng điện (A)
81
4.4.3.4 So sánh mật độ dòng nhiệt của ống 5 đặt ngang và ống 10 đặt ngang ngang
Đồ thị 4.15 Biểu đồ so sánh mật độ dòng nhiệt của 5 ống đặt ngang và 10 ống đặt
ngang
Mật độ dòng nhiệt truyền qua bề mặt tại ống 10 ngang lớn hơn rất nhiều thể hiện sự trao đổi nhiệt với môi trường tốt.
Cũng như chứng minh lại giá trị của hệ số truyền nhiệt hệ dàn ngưng đặt nằm ngang sẽ cao hơn hệ số truyền nhiệt ống đặt đứng.
Mức cực đại của mật độ dòng nhiệt so với lưu lượng nước ngưng tại mẫu 1 chênh lệch với mẫu 2 đặt ngang xấp xỉ 800-100 W/m2.
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 M Â T ĐỘ DÒN G N H IỆ T W/ m2 Lưu lượng g/phút 4 ống đặt ngang 10 ống ngang
82
4.4.3.5 So sánh khả năng ngưng tụ của quạt li tâm và quạt hướng trục
Đồ thị 4.16 Biểu đồ so sánh lưu lượng nước ngưng khi dùng quạt li tâm và hướng
trục
Xét về khả năng giải nhiệt cưỡng bức của quạt hướng trục dùng dòng lưu lượng giải nhiệt cưỡng bức trên một diện tích cục bộ lớn làm tăng lượng sinh nước ngưng của dàn.
Đồng thời biểu thị được cùng công suất giải nhiệt cục bộ trên đơn vị diện tích của quạt hướng trục và quạt li tâm để đưa công suất và lưu lượng gió phù hợp. Tại cùng điểm cường độ dòng điện và cùng công suất quạt li tâm giải nhiệt cục bộ hơn cho tùy một số trường hợp thí nghiệm và khả năng giải nhiệt cũng chịu ảnh hưởng của hướng đặt dàn đối với lưu chất nhận nhiệt để cho ra hệ số truyền nhiệt tốt nhất.
Bản thực nghiệm cho ta thấy được bản chất tương đối thực tiễn của từng trường hơp thí nghiệm. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 2 4 6 8 10 12 14 16 L ưu lượng n ướ c n gưn g(g/p h ú t)
Cường độ dòng điện Ampe
10 ống đứng quạt li tâm 10 ống đứng quạt hướng trục
83
4.4.3.6 So sánh mật độ dòng nhiệt của quạt li tâm và quạt hướng trục của ống 10 đứng
Đồ thị 4.17 Biểu đồ so sánh mật độ dòng nhiệt qua một tiết điện của quạt li tâm và
hướng trục khi đặt ống 10 nằm ngang.
So sánh tại điểm cực đại của dàn 10 nằm ngang thì thấy được mật dòng giải nhiệt rất cao của quạt li tâm và quạt hướng trục chênh lệch xấp xỉ 500 W/m2.
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 0 10 20 30 40 50 60 70 MÂT Đ Ộ D Ò N G N H IỆT W/ m 2
lưu lượng nước ngưng (g/phút)
84
4.4.3.7 So sánh mật độ dòng nhiệt của quạt li tâm và quạt hướng trục của ống 10 đứng
Đồ thị 4.18 Biểu đồ so sánh mật độ dòng nhiệt qua một tiết điện của quạt li tâm và
hướng trục khi đặt ống 5 ống đặt đứng.
So sánh tại điểm cực tiểu của dàn 4 đặt đứng thì thấy được mật dòng giải nhiệt rất cao của quạt li tâm và quạt hướng trục chênh lệch xấp xỉ 100 W/m2.
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 0 10 20 30 40 50 60 MÂ T Đ Ộ D ÒN G N HI Ệ T W/m 2
lưu lượng nước ngưng (g/phút)
85
Chương 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận
Bài nghiên cứu thực nghiệm về các ảnh hưởng, mối liên hệ giữa lưu lương hơi vào với nhiệt độ, công suất, độ chênh áp, hệ số truyền nhiệt và mật độ dòng nhiệt đã được thực hiện. Kết quả thấy cho rằng ứng với lưu lượng hơi vào tăng thì nhiệt độ hơi vào, nhiệt độ nước ngưng ra và nhiệt độ không khí, công suất thiết bị, độ chênh áp, mật độ dòng nhiệt tăng, ngoại lệ đối với hệ số truyền nhiệt là biến đổi không đều.
So sánh với thực nghiệm, quá trình ngưng hơi hoàn toàn xảy ra tại từ lúc cấp hơi vào, và trong nghiên cứu này nhiệt độ bề mặt dàn Miro thực nghiệm chênh lệch với dàn Miro lựa chọn tính toán xấp xỉ 30C. Và so sánh được mật độ dòng nhiệt của của hơi trong công thức thực nghiệm và kĩ thuật là chênh lệch 500-1000W/m2. Ở quạt li tâm và quạt hướng trục có sự thay đổi lớn về lưu lượng nước ngưng tụ. và nhiệt độ ra khỏi dàn của không khí chứng tỏ được nhóm đã có sự cải tiến cho hệ thống đạt công suất và hiệu suất cao hơn tạo bước tiến mới cho công cuộc phát tiển của dàn ngưng Miro cho thế hệ sau.
5.2 Kiến nghị
Qua những kết quả trên được nhóm nghiên cứu kiến nghị: Phát triển hơn bước tiến mới là máy nén công suất nhỏ thay thể lò hơi mini. Dùng môi chất tải lạnh tạo chu trình kính. Dùng dàn ngưng Miro nhỏ hơn và lớn hơn để so sánh được khả năng ngưng tụ và trao đổi nhiệt cực đại và cực tiểu của dàn ngưng Miro. Nghiêng cứu và thiết kế hệ thống giải nhiệt nước, từ đó suy luận ra được các bản chất giải nhiệt cho từng dạng môi chất để có thể ứng dụng được công suất tối ưu nhất cho từng nhu cầu cụ thể trong kĩ thuật lạnh, cũng như áp dụng hiểu quả trong đời sống thực tiễn.
86
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Hoo-Kyu Oh, Chang-Hyo Son, “Condensation heat transfer characteristics of R-22, R- 134a and R-410A in a single circular Microtube”, Experimental Thermal and Fluid Science 35 (2011) 706 – 716.
[2] Jatuporn Kaew-On et al, “Condensation heat transfer characteristics of R134a flowing inside minicircular and flattened tubes”, International Journal of Heat and Mass Transfer 102 (2016) 86–97.
[3] Z. Azizi, A. Alamdari, M.R. Malayeri, Thermal performance and friction factor of a cylindrical microchannel heat sink cooled by cu-water nanofluid, Applied Thermal Engineering 2016. (accepted manuscript)
[4] Hyoungsoon Lee, IIchung Park, Issam Mudawar, Mohammad M.Hasan - Experimental pressure drop and heat transfer results for different orientations in earth gravity - International Journal of Heat and Mass Transfer,Volume 77, October 2014, Pages 1213-1230.
[5] Jinshi Wang, Yong Li, Junjie Yan, Ronghai Huang, Xiping Chen, Jiping Liu - Condensation heat transfer of steam on vertical micro-tubes – Applied Thermal Engineering, Volume 88, 5 September 2015, Pages185-191.
[6] A. Sakanova, C. C. Keian, J. Zhao, Performance improvements of microchannel heat sink using wavy channel and nanofluids, International Journal of Heat and Mass Transfer 89 (2015) 59–74
[7] Na Liu , Jun Ming Li, Jie Sun, Hua Sheng Wang, “Heat transfer and pressure drop during condensation of R-152A in circular and square Microchannels”, Experimental Thermal and Fluid Science 47 (2013) 60–67.
[8] Ashif Iqbal - Manmohan Pandey, Effect of local thermophysical properties and flashing on flow boiling pressure drop in microchannels, International Journal of Multiphase Flow, Volume 106, September 2018, Pages 311-324
[9] Ali H .Al-Zaidi Mohamed M.Mahmoud Tassos G.Karayiannis, Condensation flow patterns and heat transfer in horizontal microchannels, Experimental Thermal and Fluid Science, Volume 90, January 2018, Pages 153-173
[10] Xiaoguang Fan, Xuehu Ma, Lei Yang, Zhong Lan, Tingting Hao, Rui Jiang and Tao Bai, Experimental study on two-phase flow pressure drop during steam condensation in trapezoidal microchannels, Experimental Thermal and Fluid Science (2016).
87
[11] Ahmad Odaymetand Hasna Louahlia-Gualous, Experimental study of slug flow for condensation in a single square microchannel, Experimental Thermal and Fluid Science Vol 38 (2012) Paper 1 - 13.
[12] H. El Mghariand H. Louahlia-Gualous, Experimental and numerical investigations of local condensation heat transfer in a single square microchannel under variable heat flux, International Communications in Heat and Mass Transfer Vol 71(2016) Paper 197 - 207.
[13] T.M.Zhong, Y.Chen, W.X.Zheng, N.Hua, X.L.Luo, Q.C.Yang, S.P.Mo, L.S.Jia, Experimental investigation on microchannel condensers with and without liquid–vapor separation headers, Applied Thermal Engineering, Volume 73, Issue 2, 22 December 2014, Pages 1510-1518
[14] RuiJiang ZhongLan TongSun YiZheng KaiWang XuehuMa, Experimental study on two-phase flow pressure drop during ethanol–water vapor mixture condensation in microchannels, International Journal of Heat and Mass Transfer, Volume 127, Part C, December 2018, Pages 160-171
[15]Tianming Zhong YingChen Qingcheng Yang MengjieSong Xianglong LuoJunjun Xu Wenxian Zheng LisiJia, Experimental investigation on the thermodynamic performance of double-row liquid–vapor separation microchannel condenser,
International Journal of Refrigeration, Volume 67, July 2016, Pages 373-382
[16] ShengWangHsiu-Hung ChenChung LungChen, Enhanced flow boiling in silicon nanowire-coated manifold microchannels, Applied Thermal Engineering, Volume 148, 5 February 2019, Pages 1043-1057
[17] P. Thiangtham, C. Keepaiboon, P. Kiatpachai, L. G. Asirvatham, O. Mahian, A. S. Dalkilic, S. Wongwises, An experimental study on two-phase flow patterns and heat transfer characteristics during boiling of R134a flowing through a multi-microchannel heat sink, International Journal of Heat and Mass Transfer 98 (2016) 390–400.
[18] LongHuang VikrantAute ReinhardRadermacher, A model for air-to-refrigerant microchannel condensers with variable tube and fin geometries, International Journal of Refrigeration, Volume 40, April 2014, Pages 269-281
[19] ChengbinZhang ChaoqunShen YongpingChen, Experimental study on flow condensation of mixture in a hydrophobic microchannel, International Journal of Heat and Mass Transfer, Volume 104, January 2017, Pages 1135-1144
[20] YulingZhai GuodongXi ZhouhangLi HuaWang, A novel flow arrangement of staggered flow in double-layered microchannel heat sinks for microelectronic cooling, International Communications in Heat and Mass Transfer, Volume 79, December 2016, Pages 98-104
88
[21] S. Szczukiewicz, M. Magnini, J.R. Thome, Proposed models, ongoing experiments, and latest numerical simulations of microchannel two-phase flow boiling, International Journal of Multiphase Flow, 2014, 59(84-101)
[22]S. M. A. N. R. Abadi, W. A. Davies III, P. Hrnjak, J. P. Meyera, Numerical study of steam condensation inside a long inclined flattened channel, International Journal of Heat and Mass Transfer 134 (2019) 450-467
[23] S. Hu, X. Ma, W. Zhou, Condensation heat transfer of ethanol-water vapor in a plate heat exchanger, Applied Thermal Engineering 113 (2017) 1047-1055
[24] G. B. Shirsath, K. Muralidhar, R. G. S. Pala, J. Ramkumar, Condensation of water vapor underneath an inclined hydrophobic textured surface machined by laser and electric discharge, Applied Surface Science 484 (2019) 999-1009
[25] Y. Qin, H. Dai, J. Wang, M. Liu, J. Yan, Convection–condensation heat transfer characteristics of air/water vapor mixtures with ash particles along horizontal tube bundles, International Journal of Heat and Mass Transfer 127C, (2018) 172-182
[26] B. Xu, Z. Chen, Molecular dynamics study of water vapor condensation on a composite wedge-shaped surface with multi wettability gradients, International Communications in Heat and Mass Transfer 105 (2019) 65-72
[27] R. Haghani-Hassan-Abadi, M. H. Rahimian, A lattice Boltzmann method for simulation of condensation on liquid-impregnated surfaces, International Communications in Heat and Mass Transfer 103 (2019) 7-16
[28] T. Kleiner, S, Rehfeldt, H, Klein, CFD model and simulation of pure substance condensation on horizontal tubes using the volume of fluid method, International Journal of Heat and Mass Transfer 138 (2019) 420-431
[29] A. Orazzo, S. Tanguy, Direct numerical simulations of droplet condensation, International Journal of Heat and Mass Transfer 129 (2019) 432-448
[30] Cong-Tu Ha, W. G. Park, Axisymmetric simulation of bubble condensation of pure steam and steam–air mixture, Nuclear Engineering and Design 337 (2018) 193- 204
[31] J. Galindo, P. Piqueras, R. Navarro, D. Taría, C. M. Meano, Validation and sensitivity analysis of an in-flow water condensation model for 3D-CFD simulations of humid air streams mixing, International Journal of Thermal Sciences 136 (2019) 410-419
89
[32]G. Türkakar, T. Okutucu-Özyurt, S. G. Kandlikar, Entropy generation analysis of a microchannel-condenser for use in a vapor compression refrigeration cycle, International Journal of Refrigeration 70 (2016) 71-83
[33] J. Meng, M. Liu, W. Zhang, R. Cao, Y. Li, H. Zhang, X. Gu, Y. Du, Y. Geng, Experimental investigation on cooling performance of multi-split variable refrigerant flow system with microchannel condenser under part load conditions, Applied Thermal Engineering 81 (2015) 232-241
[34] X. Luo, G. Qiu, J. Qi, J. Chen, C. Wang, Z. Yang, Y. Chen, Mathematical modelling and structural optimization of a micro-channel liquid separation condenser in organic Rankine cycle and refrigeration cycle, Applied Thermal Engineering 152 (2019) 231-246
[35] A. H. Al-Zaidi, M. M. Mahmoud, T. G. Karayiannis, Condensation flow patterns and heat transfer in horizontal microchannels, Experimental Thermal and Fluid Science 90 (2018) 153-173
[36] S. M. A. N. R. Abadi, J. P. Meyer, J. Dirker, Numerical simulation of condensation inside an inclined smooth tube, Chemical Engineering Science 182 (2018) 132-145
[37] T. H. Phan, S. S. Won, W. G. Park, Numerical simulation of air–steam mixture condensation flows in a vertical tube, International Journal of Heat and Mass Transfer 127C (2018) 568-578
[38] C. Wu, J. Li, Numerical simulation of flow patterns and the effect on heat flux during R32 condensation in microtube, International Journal of Heat and Mass Transfer 121 (2018) 265-274
[39] D. Huang, X. Quan, P. Cheng, An investigation on vapor condensation on nanopillar array surfaces by molecular dynamics simulation, International Communications in Heat and Mass Transfer 98 (2018) 232-238
[40] W. Sun, X. Cao, W. Yang, X. Jin, Numerical simulation of CO2 condensation process from CH4-CO2 binary gas mixture in supersonic nozzles, Separation and Purification Technology 188 (2017) 238-249
90
[41] Minhhung Doan, Thanhtrung Dang, “An Experimental Investigation on Condensation in Horizontal Microchannels”, International Journal of Civil, Mechanical and Energy Science (IJCMES) [Vol-2, Issue-2, March-April, 2016] ISSN: 2455-5304.
[46] Trung và Tân cùng cộng sự, “Nghiên cứu ảnh hưởng của hình dáng hình học kênh micro đến các đặc tính truyền nhiệt cho dòng chảy hai pha bằng phương pháp mô phỏng số”, Hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV 31072015-TTD.
[44] Minhhung Doan, Kiencuong Giang, Thanhtrung Dang – Nghiên cứu thực nghiệm quá trình ngưng tụ của hơi nước trong kênh micro vuông – tạp chí số 9 (118), 2017 – quyển 2, Tạp chí Khoa học và Công nghệ - Đại học Đà Nẵng.
[45] Thanhtrung Dang and Minhhung Doan, “An Experimental Investigation on Condensation Heat Transfer of Microchannel Heat Exchangers”, International Journal of Computational Engineering Research Vol, 03 Issue, 12.
91
PHỤ LỤC
Kết quả thực nghiệm dàn ngưng tụ micro mẫu 2 đặt đứng
Lưu Lượng (g)/phút r (nhiệt ẩn hóa hơi) Q (nhiệt ẩn hóa hơi) Q quá lạnh nước Q Hơi Q không khí Hiệu suất dàn Mirro Nhiệt độ trung bình logarit He so truyen nhiet (w/m2.K) Mat do dong nhiet (W/m2)