.36 Kết quả sau khi mô phỏng

4 Chương 4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG SỐ VÀ THẢO LUẬN

Các kết quả mô phỏng được thực hiện trên 5 mẫu micro M1, M2, M3, M4 và M5. Các thông số đưa vào mô phỏng như trong bảng 4.1.

Bảng 4.1 Thơng số các giá trị ban đầu của bài tốn mô phỏng số

Tên Giá trị Mô tả

T_Steam 105[degC] Nhiệt độ hơi nước vào T_Water 29[degC] Nhiệt độ nước giải nhiệt vào m_steam 0.06[g/s] Lưu lượng khối lượng hơi nước

m_water 3[g/s] Lưu lượng khối lượng nước giải nhiệt

4.1 Biên dạng chuyển pha khi ngưng tụ của hơi nước trong kênh micro

Hình 4.1 Kết quả mơ phỏng về độ khơ Hình 4.2 Kết quả thực nghiệm [31]

Kết quả mơ phỏng ở Hình 4.1 được thực hiện trên mẫu micro M2. Kết quả mô phỏng biểu diễn sự chuyển đổi pha khi ngưng tụ của hơi nước, cụ thể sự thay đổi từ pha hơi (phần màu đỏ) sang pha lỏng (phần màu xanh) trong mẫu micro M2, biên dạng vị trí chuyển đổi pha có dạng đường xiên theo hướng từ trên xuống. Biên dạng chuyển pha này rất phù hợp với kết quả thu được từ thực nghiệm như trong

hình 4.1, điều này cho thấy mơ phỏng số thống nhất tốt với các dữ liệu thực nghiệm trong [31].

4.2 Sự thay đổi khối lượng riêng khi khi ngưng tụ của hơi nước trong kênh

micro

Hình 4. 3 Sự thay đổi khối lượng riêng

Kết quả mô phỏng được thực hiện trên mẫu micro M2. Một trong những thơng số cho thấy có sự chuyển đổi từ pha hơi sang pha lỏng chính là khối lượng riêng. Khối lượng riêng thay đổi rõ rệt khi nó chuyển pha. Bởi vì lưu chất ở trạng thái hơi có khối lượng riêng bé và ở trạng thái lỏng có khối lượng riêng lớn. Kết quả mơ phỏng về độ khơ ở hình 4.1 biễu diễn sự chuyển đổi pha khi ngưng tụ của hơi nước, cụ thể sự thay đổi từ pha hơi (phần màu đỏ) sang pha lỏng (phần màu xanh) trong kênh micro M2, sự thay đổi pha này hoàn toàn thống nhất với kết quả mơ phỏng sự thay đổi khối lượng riêng hình 4.3, cụ thể khối lượng riêng pha hơi được biểu diễn là phần màu xanh đậm (khối lượng riêng bé) còn khối lượng riêng pha lỏng là phần màu xanh nhạt (khối lượng riêng lớn). Ở trạng thái lỏng, khối lượng riêng khoảng 985,41 kg/m3. Trong khi đó, ở trạng thái hơi, khối lượng riêng khoảng 66,8 kg/m3. Các kết quả này phù hợp với đặc tính vật lý của nước ở trạng thái lỏng và hơi.

4.3 Sự ảnh hưởng của chiều dài kênh micro đến biên dạng chuyển pha khi ngưng tụ của hơi nước trong kênh micro ngưng tụ của hơi nước trong kênh micro

Hình 4.4 Mẫu micro M2 Hình 4.5 Mẫu micro M1

Các kết quả mô phỏng về độ khô được thực hiện trên 2 mẫu micro M2 và M1 với cùng điều kiện mô phỏng như trong bảng 4.1 . Kết quả mô phỏng biễu diễn sự chuyển đổi pha khi ngưng tụ của hơi nước trong hai mẫu micro M2 và M1 tương ứng với kết quả biễu diễn trên hai hình 4.4 và 4.5. Kết quả cho thấy biên dạng chuyển pha khi ngưng tụ của hơi nước trong 2 mẫu micro M2 và M1 là gần như giống nhau, điều đó cho thấy việc thay đổi chiều dài kênh micro không làm ảnh hưởng đến biên dạng chuyển pha khi ngưng tụ của hơi nước. Tuy nhiên vị trí biên dạng chuyển pha của hai mẫu lại khác nhau.

4.4 Sự ảnh hưởng của đường kính thủy lực kênh micro đến biên dạng chuyển pha khi ngưng tụ của hơi nước trong kênh micro pha khi ngưng tụ của hơi nước trong kênh micro

Hình 4.6 Mẫu micro M3 Hình 4. 7 Mẫu micro M5

Các kết quả mô phỏng về độ khô được thực hiện trên 2 mẫu micro M3 (Dh 500m ) và M5 (Dh 420m ) với cùng điều kiện mô phỏng như trong bảng 4.1. Kết quả mô phỏng biễu diễn sự chuyển đổi pha khi ngưng tụ của hơi nước trong hai mẫu micro M3 và M5 tương ứng với kết quả biễu diễn trên hai hình 4.6 và 4.7. Kết quả cho thấy biên dạng chuyển pha khi ngưng tụ của hơi nước trong 2 mẫu micro M3 và M5 khá giống nhau, điều đó cho thấy việc thay đổi đường kính thủy lực kênh micro khơng làm ảnh hưởng đến biên dạng chuyển pha khi ngưng tụ của hơi nước

4.5 Sự ảnh hưởng của chiều sâu kênh micro đến biên dạng chuyển pha khi ngưng tụ của hơi nước trong kênh micro ngưng tụ của hơi nước trong kênh micro

Hình 4. 8 Mẫu micro M4 Hình 4. 9 Mẫu Mẫu micro M5

Các kết quả mô phỏng về độ khô được thực hiện trên 2 mẫu micro M4 và M5 với cùng điều kiện mô phỏng như trong bảng 4.1. Kết quả mô phỏng biễu diễn sự chuyển đổi pha khi ngưng tụ của hơi nước trong hai mẫu micro M4 và M5 tương ứng với kết quả biễu diễn trên hai hình 4.8 và 4.9. Kết quả cho thấy biên dạng chuyển pha khi ngưng tụ của hơi nước trong 2 mẫu micro M4 và M5 là khá giống nhau, điều đó cho thấy việc thay đổi chiều sâu kênh micro không làm ảnh hưởng nhiều đến biên dạng chuyển pha khi ngưng tụ của hơi nước

4.6 Sự ảnh hưởng của chiều dày tấm substrate đến biên dạng chuyển pha khi ngưng tụ của hơi nước trong kênh micro ngưng tụ của hơi nước trong kênh micro

Hình 4. 10 Mẫu micro M2 Hình 4. 11 Mẫu micro M3

Các kết quả mô phỏng về độ khô được thực hiện trên 2 mẫu micro M2 và M3 với cùng điều kiện mô phỏng như trong bảng 4.1. Kết quả mô phỏng biễu diễn sự chuyển đổi pha khi ngưng tụ của hơi nước trong hai mẫu micro M2 và M3 tương ứng với kết quả biễu diễn trên hai hình 4.10 và 4.11. Kết quả cho thấy biên dạng chuyển pha khi ngưng tụ của hơi nước trong 2 mẫu micro M2 và M3 là gần như giống nhau, điều đó cho thấy việc thay đổi chiều dày kênh micro không làm ảnh hưởng đến nhiều biên dạng chuyển pha khi ngưng tụ của hơi nước. Tuy nhiên vị trí biên dạng chuyển pha của hai mẫu lại khác nhau

4.7 Sự ảnh hưởng của chiều dài kênh micro đến nhiệt độ nước ngưng tụ

Hình 4.12 Nhiệt độ nước ngưng tụ của 2 mẫu micro M1 và M2

Các kết quả mơ phỏng ở Hình 4.12 được thực hiện trên hai mẫu kênh micro M2 và M1 với cùng điều kiện cố định nhiệt độ hơi nước vào _T steam105oC, nhiệt độ nước giải nhiệt vào _T water29oC, lưu lượng nước giải nhiệt m_water = 3 g/s và thay đổi lưu lượng hơi nước vào m ste_ am0,01 0, 1 /g s. Kết quả cho thấy nhiệt độ nước ngưng tụ trên mẫu kênh micro M2 thấp hơn đáng kể so với trên mẫu kênh micro M1, cụ thể nhiệt độ nước ngưng tụ trên mẫu micro M2 thay đôi từ 31,6oC đến 72,5oC cịn trên mẫu micro M1 thay đơi từ 34,4oC đến 74,7oC. Điều đó cho thấy việc thay đổi chiều dài kênh micro làm ảnh hưởng đáng kể đến nhiệt độ nước ngưng tụ khi ra khỏi kênh.

4.8 Sự ảnh hưởng của đường kính thủy lực kênh micro đến nhiệt độ nước ngưng tụ ngưng tụ

Hình 4. 13 Nhiệt độ nước ngưng tụ của 2 mẫu micro M3 và M5

Các kết quả mơ phỏng ở hình 4.13 được thực hiện trên 2 mẫu micro M3 (Dh 500m ) và M5 (Dh 420m ) với cùng điều kiện cố định nhiệt độ hơi nước vào _T steam105oC, nhiệt độ nước giải nhiệt vào _T water29oC, lưu lượng nước giải nhiệt m_water = 3 g/s và thay đổi lưu lượng hơi nước vào

_ 0,01 0,1 /

m steam  g s. Kết quả cho thấy nhiệt độ nước ngưng tụ trên 2 mẫu

micro M3 và M5 gần như giống nhau. Điều đó cho thấy việc thay đổi đường kính thủy lực kênh micro không làm ảnh hưởng đến nhiệt độ nước ngưng tụ khi ra khỏi kênh

4.9 Sự ảnh hưởng của chiều sâu kênh micro đến nhiệt độ nước ngưng tụ

Hình 4. 14 Nhiệt độ nước ngưng tụ của 2 mẫu micro M4 và M5

Các kết quả mơ phỏng ở hình 4.14 được thực hiện trên 2 mẫu micro M4 (Dh 500m ) và M5 (Dh 420m ) với cùng điều kiện cố định nhiệt độ hơi nước vào _T steam105oC, nhiệt độ nước giải nhiệt vào _T water29oC, lưu lượng nước giải nhiệt m_water = 3 g/s và thay đổi lưu lượng hơi nước vào

_ 0,01 0,1 /

m steam  g s. Kết quả cho thấy nhiệt độ nước ngưng tụ trên 2 mẫu

micro M4 và M5 khá giống nhau. Điều đó cho thấy việc thay đổi đường kính thủy lực kênh micro khơng làm ảnh hưởng nhiều đến nhiệt độ nước ngưng tụ khi ra khỏi kênh

4.10 Sự ảnh hưởng của chiều dày tấm Substrate kênh micro đến nhiệt độ nước ngưng tụ

Hình 4. 15 Nhiệt độ nước ngưng tụ của 2 mẫu micro M2 và M3

Các kết quả mơ phỏng ở Hình 4.15 được thực hiện trên hai mẫu kênh micro M2 và M3 với cùng điều kiện cố định nhiệt độ hơi nước vào _T steam105oC, nhiệt độ nước giải nhiệt vào _T water29oC, lưu lượng nước giải nhiệt m_water = 3 g/s và thay đổi lưu lượng hơi nước vào m ste_ am0,01 0, 1 /g s. Kết quả cho thấy nhiệt độ nước ngưng tụ trên mẫu kênh micro M2 thấp hơn đáng kể so với trên mẫu kênh micro M3, cụ thể nhiệt độ nước ngưng tụ trên mẫu micro M2 thay đôi từ 31,6oC đến 72,5oC cịn trên mẫu micro M3 thay đơi từ 34,8oC đến 72,9oC. Điều đó cho thấy việc thay đổi chiều dày tấm substrate làm ảnh hưởng đáng kể đến nhiệt độ nước ngưng tụ khi ra khỏi kênh.

4.11 Mối quan hệ giữa nhiệt độ nước ngưng tụ và lưu lượng hơi nước vào trong kênh micro trong kênh micro

Hình 4.16 Đồ thị dự đốn mối quan hệ giữa nhiệt độ nước ngưng tụ và lưu lượng hơi nước vào trong kênh micro

Kết quả mơ phỏng ở Hình 4.16 được thực hiện trên mẫu micro M2 với điều kiện cố định nhiệt độ hơi nước vào _T steam105oC, nhiệt độ nước giải nhiệt vào

_ 29o

T water C, lưu lượng nước giải nhiệt m_water = 3 g/s và thay đổi lưu lượng

hơi nước vào m ste_ am0,01 0, 1 /g s. Kết quả chỉ ra rằng nhiệt độ nước ngưng tụ là hàm số theo lưu lượng hơi nước vào như sau:

2

1327, 6 620, 47 24, 344

4.12 Ảnh hưởng của lực trọng trường đến biên dạng chuyển pha khi ngưng tụ của hơi nước trong kênh micro của hơi nước trong kênh micro

a. M2 đặt nằm ngang b. M2 đặt thẳng đứng Hình 4. 17 Ảnh hưởng của lực trọng trường ở mẫu M2

Hình 4.17 là kết quả mơ phỏng được thực hiện trên mẫu micro M2 với cùng điều kiện như trong bảng 4.1. Để đánh giá sự ảnh hưởng của lực trọng trường đến biên dạng chuyển pha khi ngưng tụ của hơi nước trong kênh micro, tác gải đã thực hiện so sánh mô phỏng số giữa hai trường hợp kênh micro đặt nằm ngang và thẳng đứng như Hình 4.17. Hình 4.17a biễu diễn trường hợp kênh micro đặt nằm ngang (lưu chất trong kênh chuyển động theo phương vng góc với lực trọng trường ) và hình 4.17b biễu diễn trường hợp kênh micro đặt thẳng đứng ( lưu chất trong kênh chuyển động theo cùng phương với lực trọng trường ). Trên hình, phương z biểu diễn phương của lực trọng trường trên hệ trục tọa độ đề các. Kết quả cho thấy biên dạng chuyển pha khi ngưng tụ của hơi nước trong kênh micro này không bị ảnh hưởng nhiều bởi tác dụng của lực trọng trường khi chiều dài kênh micro trong khoảng 42 mm đến 62 mm.

Các kết quả ở hình trên là những kết quả mới, chưa thấy các nghiên cứu khoa học công bố. Những nghiên cứu này là tiền đề cho các nghiên cứu sâu hơn về hệ số truyền nhiệt tổng, hệ số tỏa nhiệt đối lưu, các đại lượng không thứ nguyên mà không thể thu được từ thực nghiệm.

5 Chương 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Với đề tài “Nghiên cứu sự ảnh hưởng về các thơng số hình học của kênh

micro đến q trình ngưng tụ của hơi nước” đã hồn thành mục tiêu đặt ra như

sau:

 Nghiên cứu sự ảnh hưởng của chiều dài kênh micro, đường kính thủy lực kênh micro, chiều sâu kênh micro cũng như chiều dày tấm substrate đến biên dạng chuyển pha khi ngưng tụ của hơi nước và nhiệt độ nước ngưng tụ khi ra khỏi kênh bằng phương pháp mô phỏng số.

 So sánh kết quả nghiên cứu với các nghiên cứu liên quan để kiểm chứng kết quả.

Bằng phương pháp mô phỏng số thì đã thu được những kết quả quan trọng sau:

 Kết quả mô phỏng biên dạng chuyển pha có dạng đường xiên theo hướng từ trên xuống và kết quả này này rất phù hợp với kết quả thu được từ thực nghiệm ở cùng điều kiện. Ở trạng thái lỏng, khối lượng riêng khoảng 985,41 kg/m3; trong khi đó, ở trạng thái hơi, khối lượng riêng khoảng 66,8 kg/m3. Các kết quả này phù hợp với đặc tính vật lý của nước ở trạng thái lỏng và hơi.

 Khi thay đổi chiều dài kênh micro cũng như chiều dày tấm substrate không làm ảnh hưởng đến biên dạng chuyển pha khi ngưng tụ của hơi nước nhưng ảnh hưởng đến vị trí biên dạng chuyển pha.

 Khi thay đổi đường kính thủy lực kênh micro, chiều sâu kênh micro không làm ảnh hưởng đến biên dạng chuyển pha khi ngưng tụ của hơi nước

 Khi thay đổi chiều dài kênh micro làm ảnh hưởng đáng kể đến nhiệt độ nước ngưng tụ khi ra khỏi kênh, cụ thể nhiệt độ nước ngưng tụ trên mẫu kênh micro M2 (thay đổi 31,6oC đến 72,5oC) thấp hơn đáng kể so với trên mẫu kênh micro M1 (thay đổi 34,4oC đến 74,7oC).

 Khi thay đổi đường kính thủy lực kênh micro, chiều sâu kênh micro không làm ảnh hưởng đáng kể đến nhiệt độ nước ngưng tụ khi ra khỏi kênh

 Khi thay đổi chiều dày tấm substrate làm ảnh hưởng đáng kể đến nhiệt độ nước ngưng tụ khi ra khỏi kênh, cụ thể nhiệt độ nước ngưng tụ trên mẫu micro M2 thay đôi từ 31,6oC đến 72,5oC còn trên mẫu micro M3 thay đôi từ 34,8oC đến 72,9oC

 Kết quả chỉ ra rằng nhiệt độ nước ngưng tụ là hàm số theo lưu lượng hơi nước vào như sau: t  1327, 6m2 620, 47m24, 344, với R20,9981 ;oC.

Các kết quả mô phỏng số trên là các kết quả mới, chưa từng thấy các nhà khoa học công bố. Những kết quả này là tiền đề cho các nghiên cứu sâu hơn về hệ số truyền nhiệt, các đại lượng phân tích khơng thứ ngun mà thực nghiệm đến nay khơng thể thu được.

Tuy nhiên vẫn cịn một số hạn chế về thời gian, sự hỗ trợ mô phỏng hai pha của phần mềm chuyên dụng, máy tính chưa đủ mạnh để chạy phần mềm phỏng số cũng như kiến thức chuyên môn về nghiên cứu chưa đủ sâu... Do đó, em rất cần sự góp ý và đánh giá của quý thầy cô để giúp đề tài được hoàn thiện hơn.

Đây là một hướng nghiên cứu mới và có khả năng ứng dụng cao trong thực tế. Chính vì vậy, tác giả xin kiến nghị hướng nghiên cứu tiếp theo sẽ thay đổi nhiều thơng số hình học của kênh micro hơn: chiều rộng kênh, chiều cao kênh, hình dáng mặt cắt ngang của kênh…

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Asadi et al,” A review of heat transfer and pressure drop characteristics of single and two-phase microchannels”, International Journal of Heat and Mass Transfer 79 (2014) 34 – 53

[2] Xia et al,” Investigation of the enhancement effect of heat transfer using micro channel “,The 7th International Conference on Applied Energy – ICAE2015

[3] Huang et al,” The experimental investigation of axial heat conduction effect on the heat transfer analysis in microchannel flow”, International Journal of Heat and Mass Transfer 70 (2014) 169 – 173

[4] T.T. Đang, J. T. Teng, “Comparisons of the heat transfer and pressure drop of the microchannel and minichannel heat exchangers”, Heat Mass Transfer (2011) 47:1311 – 1322

[5] T.T. Dang et al, “A study on the simulation and experiment of a microchannel counter-flow heat exchanger”Applied Thermal Engineering 30 (2010) 2163 – 2172 [6] X.F Yu et al, “ A study on the hydraulic and thermal characteristics in fractal tree-like microchannels by numerical and experimental methods “,International Journal of Heat and Mass Transfer 55 (2012) 7499-7507