Thông số thiết bị - Thiết kế mô hình

3.1. Thiết kế mô hình

3.1.1 Thông số thiết bị

Thiết bị nghiên cứu được tính tốn và thiết kế theo các thơng số kỹ thuật thể hiện như hình 3.1. Thiết bị ngưng tụ có số ống đồng bằng 28 và số cánh tản nhiệt là 254.

Hình 3.1 Thơng số dàn ngưng tụ ống micro 3.1.2 Quy trình chế tạo thiết bị

Các cánh tản nhiệt của mẫu thí nghiệm thể hiện như hình 3.2 được chế tạo từ cánh tản nhiệt của dàn ngưng truyền thống loại cơng suất nhỏ. Các cánh tản nhiệt sau đó được gia cơng với kích thước như hình 3.1.

Hình 3.2 Cánh tản nhiệt dàn micro

Để dễ cố định các ống micro theo khoảng cách đã thiết kế của bản vẽ, người nghiên cứu chế tạo thêm một số khn mica như hình 3.3.

Hình 3.3 Khn mica để chế tạo dàn micro

Sau khi đã đưa cố định 28 ống micro vào khuôn, bắt đầu ép các cánh nhôm vào các ống micro. Trước khi ép cánh nhôm vào ống, ta cần thoa 1 lớp keo tản nhiệt như hình 3.4 trên bề mặt mỗi ống đồng để đảm bảo độ bám sát giữa cánh nhôm với ống đồng.

Hình 3.4 Keo tản nhiệt

Để đảm bảo sự trao đổi nhiệt hiệu quả, cánh nhôm được ép vào các ống micro sau đó dùng dây siết thật chặt để bề mặt cánh ôm thật sát vào bề mặt ống, quá trình được thể hiện bằng hình 3.5.

Hình 3.5 Các cánh nhơm được ép và siết ơm sát vào các ống micro

Mẫu thí nghiệm sau khi chế tạo hồn thành sẽ được kết nối và thử kín. Hình 3.6 thể hiện dàn micro sau khi đã chế tạo hồn thành. Mẫu thí nghiệm này được chế tạo tại phịng thí nghiệm truyền nhiệt đặt trong xưởng nhiệt, khoa Cơ khí Động lực – Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM.

3.2. Sơ đồ hệ thống thí nghiệm

Hình 3.7 mơ tả sơ đồ ngun lý hoạt động của hệ thống thí nghiệm. Nguyên lý làm việc của hệ thống: nước cấp cho lò hơi (2) được bơm nước (4) bơm nước từ bình chứa (3) vào lị hơi. Lò hơi được cấp nhiệt sinh hơi. Hơi ra khỏi lị hơi đi tới bình tách lỏng (5) sau đó đi vào thiết bị ngưng tụ ống micro (1). Bình tách lỏng đóng vai trị tách lỏng đọng lại ra khỏi hơi đảm bảo hơi vào thiết bị ngưng tụ ống micro là hơi bão hịa khơ. Hơi khi đi vào dàn ngưng tụ (1) thực hiện quá trình trao đổi nhiệt với khơng khí, sẽ ngưng tụ hịan tồn thành lỏng và chứa trong bể chứa (6).

Hình 3.7. Sơ đồ hệ thống thí nghiệm

(1. Dàn ngưng tụ ống micro; 2. Lò hơi điện mini; 3. Bể nước cấp; 4. Bơm nước mini; 5. Bình tách lỏng; 6. Bể nước ngưng; 7. Bộ xử lý MX 100; 8. Máy tính)

Các cảm biến nhiệt độ và cảm biến đo áp suất được lắp đặt để đo các thơng số thí nghiệm. Thơng số nhiết độ, chênh lệch áp suất được chuyển tới bộ xử lý dữ liệu MX100 (7) sau đó sẽ hiển thị và lưu trữ trên máy tính (8).

3.3 Thiết bị thí nghiệm 3.3.1 Lị hơi mini

Lị hơi mini có cơng suất 9 kW (Hình 3.8), khi hệ thống hoạt động ta có thể điều chỉnh được cơng suất hơi ra bằng việc thay đổi giá trị cường độ dòng điện cấp cho điện trở gia nhiệt sao cho phù hợp với điều kiện thử nghiệm. Lò hơi sử dụng 2 điện trở (mỗi điện trở có cơng suất là 4,5 kW). Kích thước thiết bị thể hiện như hình 3.9. Thiết bị được cấp nguồn điện áp 220V và tần số 50Hz. Thông số kỹ thuật được thể hiện trong bảng 3.1.

Bảng 3.1. Thông số kỹ thuật lị hơi Thơng số kỹ thuật

Model: EMB-S-9

Xuất xứ Mỹ

Trọng lượng máy 53 lbs

Hình 3.9 Kích thước lị hơi 3.3.2 Bộ xử lý dữ liệu MX100

Bộ xử lý dữ liệu model MX100 là thiết bị dung để đo lường, ghi nhận, phân tích và thể hiện các phép đo thực tế. Các đơn vị cần đo lường như điện áp, dòng điện,

cũng như thong qua đầu dò cảm biến thiết bị có thể đo các thong số nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, gia tốc, độ pH.

Thiết bị được sản xuất bởi công ty Yokohama – Nhật Bản, được ghi nhận có độ chính xác đo lường cao, độ ồn thấp, dễ dàng sử dụng. Thiết bị có thể kết nối tối đa 120 kênh, với 20 kênh/ bộ Analo Input. Tốc độ ghi nhận dữ liệu: 0,1s. Trong trường hợp nếu các nghiên cứu cần số lượng kênh nhiều hơn, vẫn có thể ghép nối thêm nhiều bộ Analo Input kèm theo.

3.3.3. Dụng cụ thí nghiệm

Các thiết bị đo đạt được sử dụng cho thí nghiệm như sau:  Cặp nhiệt kiểu T (với đường kính cảm biến 300).  Camera nhiệt – model Ti9, sản suất bởi Fluke, USA.

 Cảm biến đo áp suất – model PMP4110, sản suất bởi GE Druck, UK.  Dimmer quạt - model IP 1000W, sản xuất bởi Taiwan

 Lưu tốc kế - model AVM 03, sản suất bởi PROVA, Taiwan.  Cân vi lượng – model TP-214, sản xuất bởi Denver, USA.

Bảng 3.2. Độ chính xác của thiết bị đo

Thiết bị đo Độ chính xác

Cặp nhiệt (đường kính dây

300 µm)  0,3C

Camera nhiệt 2%

Cảm biến đo áp suất 0,025% FS

Lưu tốc kế  0,1 m/s

Cân vi lượng ±0,0015g

 Cặp nhiệt T

Cặp nhiệt loại T là một loại cảm biến đo nhiệt độ sử dụng phổ biến trong các phịng thí nghiệm, y tế, cơng nghiệp thực phẩm, hệ thống thơng gió. Nó có cấu tạo gồm 2 dây kim loại khác nhau được hàn dính 1 đầu gọi là đầu nóng (hay đầu đo), đầu cịn lại là đầu lạnh (hay đầu chuẩn). Vật liệu dùng để chế tạo ra cặp nhiệt loại T là đồng và constantan (là hợp kim với tỉ lệ 55% đồng và 45% niken). Theo quy ước quốc tế, dây P (cực dương) được làm từ đồng và được quy ước là dây màu đỏ. Trong khi, dây còn lại - dây N (cực âm) được làm từ constantan và được quy ước là dây màu xanh da trời.

Nguyên tắc hoạt động là khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa đầu nóng và đầu lạnh thì sẽ phát sinh ra sức điện động V tại đầu lạnh. Bằng việc đo giá trị hiệu điện thế từ các đầu lạnh của cặp nhiệt điện, ta có thể tính tốn được giá trị nhiệt độ mà đầu nóng đang chịu. Trong nghiên cứu này, thông qua một công cụ (MX 100) sẽ chuyển đổi tín hiệu hiệu điện thế từ cặp nhiệt (loại T) thành tín hiệu số (ADC), từ đó giá trị nhiệt độ được thể hiện ra.

Cặp nhiệt loại này có khả năng chống ăn mịn cao, sử dụng trong môi trường oxy hóa, khí trơ, mơi trường chân khơng. Dãy nhiệt độ hoạt động từ -200 oC tới 350

C. Hình 3.11 thể hiện cặp nhiệt loại T được dùng trong nghiên cứu này.

Hình 3.11 Cặp nhiệt loại T.

 Lưu tốc kế

Thiết bị đo tốc độ gió với model AVM-03, xuất xứ từ Đài Loan được sử dụng trong nghiên cứu thực nghiệm này như hình 3.12. Ngồi việc đo tốc độ gió, thiết bị cịn được tích hợp cặp nhiệt loại K để đo nhiệt độ. Tuy nhiên trong nghiên cứu này, người nghiên cứu không sử dụng chức năng đo nhiệt độ của lưu tốc kế do dãy nhiệt độ đo của thiết bị chỉ từ 0 tới 60 oC, và sai số lên tới ± 0,8 o

C. Lưu tốc kế đo tốc độ gió trong phạm vi từ 0,0 tới 45,0 m/s, với sai số là ± 0,1 m/s. Ngồi ra, thiết bị cịn tích hợp đo tốc độ gió ở các đơn vị khác như ft/min, Km/hr. Thơng số kỹ thuật của thiết bị được thể hiện bằng bảng 3.3.

Hình 3.12 Lưu tốc kế

Bảng 3.3 Thơng số kỹ thuật lưu tốc kế

Kích thước đồng hồ đo 88x 168x 26,2 mm

Kích thước đầu gắn chong chóng gió 66x 132x 29,2 mm

Đường kính cánh quạt gió 52 mm

Khối lượng 500 g

Nguồn cấp 9V

Nhiệt độ vận hành 10 -50 oC

3.4. Thiết lập thí nghiệm

Hệ thống thực nghiệm được lắp đặt như hình 3.13 dựa trên sơ đồ nguyên lý thể hiện như mục 3.2. Hệ thống ống dẫn hơi được bọc cách nhiệt để các thông số đo đạt được độ chính xác cao.

Hình 3.13. Hệ thống thực nghiệm thực tế

Ngoài ra, để thu thập dữ liệu thí nghiệm, người nghiên cứu cũng tiến hành lắp đặt các vị trí đo nhiệt độ, áp suất theo các sơ đồ như hình 3.14; 3.15; 3.16 .

Hình 3.14 Sơ đồ bố trí cảm biến đo mặt trước dàn micro

Hình 3.16 Sơ đồ bố trí cảm biến đo nhiệt độ mặt sau dàn micro

3.5 Quy trình thực nghiệm 3.5.1 Vận hành hệ thống

Để thu thập dữ liệu với điều kiện thực nghiệm là lưu lượng hơi vào tăng từ 0,07 tới 0,27 g/s, theo sơ đồ nguyên lý như trên đầu tiên ta cần cấp hơi để thiết bị thí nghiệm hoạt động. Việc cấp hơi được thực hiện bởi hệ thống lò hơi. Để vận hành lò hơi, ta thực hiện các bước sau:

Bước 1: Kiểm tra lại toàn bộ hệ thống điện, đường ống dẫn hơi trước khi vận hành để đảm bảo hệ thống hoạt động an toàn và ổn định. Đặc biệt, ln kiểm tra nguồn nước cấp vào lị hơi.

Bước 2: Tiến hành xả cặn từ lò hơi. Sau đó, cấp nước cho lị hơi. Bật nguồn điện cấp cho lò hơi hoạt động. Thời gian lò hơi gia nhiệt nước cấp trong lò từ 28 oC tới khi sinh hơi ở nhiệt độ 100 oC là khoảng 45 phút.

Bước 3: Cấp điện cho quạt giải nhiệt cho thiết bị thí nghiệm ngưng tụ hơi thành lỏng.

Bước 4: Khi hơi cấp đi từ lò hơi đạt nhiệt độ hơi cần thực nghiệm và hơi đã ngưng tụ thành lỏng trong bể chứa một cách ổn định. Tiến hành thu thập dữ liệu.

3.5.2 Thu thập dữ liệu

Kết quả thực nghiệm thu được ở nhiệt độ mơi trường trung bình ở 30C. Dữ liệu được thu thập là các giá trị nhiệt độ, áp suất, lưu lượng khơng khí qua dàn ngưng tụ, lưu lượng hơi, được thực hiện bởi các cảm biến đo nhiệt độ và áp suất, bộ thu nhận dữ liệu MX100, bộ máy tính, lưu tốc kế và cân vi lượng. Cụ thể là:

 Giá trị nhiệt độ được đo bởi hệ thống các cảm biến nhiệt loại cặp nhiệt kiểu T. Giá trị đo được sẽ được xử lý bởi bộ thu nhận dữ liệu MX100 và sau đó lưu trữ và thể hiện giá trị đo màn hình máy tính.

 Giá trị áp suất được đo bởi hệ thống cảm biến áp suất, được bố trí. Giá trị đo được sẽ được xử lý bởi bộ thu nhận dữ liệu MX100 và sau đó lưu trữ và thể hiện giá trị đo màn hình máy tính.

Hình 3.17 Dữ liệu được ghi nhận bộ MX100

 Do lượng hơi vào sẽ bị ngưng tụ hoàin toàn thành lỏng, giá trị lưu lượng hơi được thu nhận thông qua giá trị lưu lượng nước ngưng và được đo bởi cân vi lượng. Việc thay đổi giá trị lưu lượng hơi được thực hiện bằng cách thay đổi cường độ dòng điện cấp vào điện trở của lị hơi thơng qua một biến trở. Mỗi giá trị lưu lượng hơi được tiến hành đo thu nhận dữ liệu trong 60s. Thơng số sau đó được lưu trữ trên máy tính

 Lưu lượng khơng khí qua dàn được đo dưa theo công thức của mục 2.2 chương 2. Giá trị w được xác định dựa trên thiết bị lưu tốc kế. Để thay tốc độ gió qua dàn, một Dimmer đã được sử dụng. Vận tốc thu được bởi giá trị trung bình thu được của phương pháp đo. Giá trị được đo và ghi nhận theo các ngày thí nghiệm. Hình 3.18 mơ tả việc đo tốc độ gió qua dàn bằng lưu tốc kế.

Chương IV

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

4.1. Ảnh hưởng của tốc độ gió 4.1.1. Độ chênh nhiệt độ khơng khí

Trong nghiên cứu này, thiết bị ngưng tụ được đặt đứng. Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng độ chênh nhiệt độ khơng khí ở 2 tốc độ gió gần như khơng đổi ở lưu lượng hơi thay đổi từ 0,08 g/s tới 0,18 g/s. Tuy nhiên, khi lưu lượng hơi vào từ 0,18 g/s tới 0,25 g/s, tốc độ gió thấp hơn lại có độ chênh nhiệt độ khơng khí giải nhiệt cao. Lưu lượng hơi càng tăng, ta thấy chênh lệch nhiệt độ khơng khí tại 2 tốc độ gió càng lớn. Điều này có thể lý giải là do khi lưu lượng tăng từ 0,08 tới 0,18 g/s, nhiệt độ trung bình khơng khí ra và vào ở hai tốc độ gió có sự thay đổi khơng q cao. Trong khi đó, khi lưu lượng hơi vào tăng từ 0,18 g/s tới 0,25 g/s, nhiệt độ trung bình khơng khí ra ở tốc độ gió là 1,1 m/s tăng nhanh hơn tốc độ gió 1,6 m/s nhưng nhiệt độ trung bình khơng khí. Do đó, chênh lệch nhiệt độ khơng khí tại tốc độ gió là 1,1 m/s thì lớn so với tại tốc độ gió 1,6 m/s.

Hình 4.1 Ảnh hưởng của tốc độ gió tới nhiệt độ khơng khí giải nhiệt khi đặt đứng

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 Đ ộ ch ênh nhiệ t độ k hơng khí g iải n hiệt [ oC]

Lưu lượng hơi vào [g/s]

w = 1.6 m/s w = 1.1 m/s

Hình 4.2 cho thấy độ chênh nhiệt độ khơng khí ở 2 tốc độ gió ở trường hợp đặt ngang không thay đổi khi lưu lượng hơi vào từ 0,08 g/s tới 0,13 g/s. Và từ lưu lượng hơi vào tăng từ 0,13 g/s tới 0,25 g/s, tốc độ gió thấp hơn lại có độ nhiệt độ khơng khí giải nhiệt cao. Lưu lượng hơi càng tăng, ta thấy chênh lệch nhiệt độ khơng khí tại 2 tốc độ gió cũng càng lớn. Quy luật này cũng trùng với quy luật khi dàn ngưng đặt thẳng đứng. Điều này có thể lý giải là do khi lưu lượng tăng từ 0,08 tới 0,13 g/s, nhiệt độ trung bình khơng khí ra và vào ở hai tốc độ gió có sự thay đổi không quá cao. Trong khi đó, khi lưu lượng hơi vào tăng từ 0,13 g/s tới 0,25 g/s, nhiệt độ trung bình khơng khí ra ở tốc độ gió là 1,1 m/s tăng nhanh hơn tốc độ gió 1,6 m/s. Do đó, chênh lệch nhiệt độ khơng khí tại tốc độ gió là 1,1 m/s thì lớn so với tại tốc độ gió 1,6 m/s.

Hình 4.2 Ảnh hưởng của tốc độ gió tới nhiệt độ khơng khí giải nhiệt khi đặt ngang

4.1.2 Cơng suất nhiệt

Dựa vào cơ sở lý thuyết ở chương 2, công suất nhiệt của dàn ngưng được sử dụng để tìm hiểu ảnh hưởng tốc độ gió tới công suất nhiệt trong phần này là công thức nhiệt lượng khơng khí giải nhiệt cho dàn ngưng - là công thức (6) ở chương 2.

0 2 4 6 8 10 12 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 Độ chê nh n hiệt độ kh ơng kh í [ oC]

Lưu lượng hơi vào [g/s]

w = 1.6 m/s w = 1.1 m/s

Theo đó, cơng thức cơng suất nhiệt được xác định là: = , , − , , = . . . ( , , − , , ). Từ hình 4.3, kết quả thực nghiệm cho thấy khi tốc độ gió tăng, công suất nhiệt tăng khi tăng lưu lượng hơi vào từ 0,08 tới 0,25 g/s. Cơng suất nhiệt tại tốc độ gió 1,6 m/s lớn hơn tốc độ gió 1,1 m/s. Điều này là do tốc độ gió trung bình tăng dẫn tới lưu lượng khơng khí trung bình Ga tăng làm cơng suất nhiệt Q tại tốc độ gió 1,6 m/s lớn hơn tốc độ gió 1,1 m/s.

Hình 4.3 Ảnh hưởng của tốc độ gió tới cơng suất nhiệt khi đặt đứng

Tương tự trường hợp đặt đứng, từ hình 4.4, kết quả khảo sát cho thấy khi tốc độ gió tăng từ 1,1 m/s tới 1,6 m/s, cơng suất nhiệt tăng khi tăng lưu lượng hơi vào từ 0,08 tới 0,25 g/s. Cũng như quy luật thay đổi trường hợp đặt đứng, quy luật thay đổi trưởng hợp ngang là do tốc độ gió trung bình tăng dẫn tới lưu lượng khơng khí trung bình Ga tăng làm cơng suất nhiệt Q tại tốc độ gió 1,6 m/s lớn hơn tốc độ gió