CHƯƠNG 4 : Khảo sát hệ thống điều hòa trên xe Bus
4.3. Ngun lí hoạt động của mơi chất lạnh
Hình 4.4 Sơ đồ đường đi của mơi chất lạnh
1-Máy nén 2,3-công tắt áp suất trên đường thấp áp và cao áp 4- cụm giàn nóng
5-quạt giàn nóng 6-quạt giàn lạnh 7-cụm giàn lạnh 9-Van tiết lưu 10- Bình tách ẩm 11-Bình chứa
56
- Nguyên lí hoạt động như sau:
+ Đầu tiên máy nén lạnh (1) được nối với động cơ thông qua dây cura hút chất làm lạnh ở thể khí rồi nén ở áp suất cao. Khi bị nén, nhiệt độ chất làm lạnh tăng lên và nó được đẩy sang giàn nóng (4) nằm ở phía đầu xe. Ở giàn nóng do được tản nhiệt
ở áp suất cao nên chất làm lạnh hóa thành thể lỏng và chuyển sang van tiết lưu (8). Tại giàn nóng bốn quạt giàn nóng làm viêc với cơng suất lớn hút hơi nóng trong giàn ngưng tụ thổi ra ngoài.
+ Tiếp theo tại van tiết lưu áp suất giảm đột ngột nên chất làm lạnh hóa hơi và chuyển tới giàn lạnh. Ở đây nó lấy nhiệt từ mơi trường xung quanh và khiến nhiệt độ giảm xuống, hơi lạnh được quạt gió thổi ra mơi trường.
Hình 4.5 Dịng khí hoạt động hệ thống điều hòa
57
CHƯƠNG 5: TỔNG QUAN VỀ MƠ PHỎNG CFD 5.1. Phương pháp mơ phỏng bằng phần mềm CFD Ultrafluidx
- Mơ phỏng CFD (cịn được gọi là Mơ phỏng động lực học dịng chảy) là một nhánh của cơ học chất lưu (fluid mechanics) sử dụng phương pháp số và cấu trúc dữ liệu nhằm phân tích và giải quyết các bài toán liên quan đến chuyển động của chất lưu (khí, lỏng). Kết quả mơ phỏng thu được giúp ta hiểu sâu về bản chất của dòng chảy và các tác động của nó tới q trình khảo sát. Để thực hiện các mơ phỏng CFD thì chúng ta sẽ sử dụng phần mềm mơ phỏng Ultrafluidx.
5.1.1. Các giả thiết của bài tốn mơ phỏng CFD
- Mơ hình vỏ xe là tuyệt đối cứng, khơng xảy ra sự biến dạng của vỏ xe trong suốt q trình mơ phỏng.
- Bỏ qua quá trình trao đổi nhiệt giữa vỏ xe và khơng khí.
- Bề mặt vỏ xe là bề mặt nhẵn, gầm xe được bọc phẳng (không xét đếncác yếu tố khác như gương chiếu hậu, gạt mưa, các gân, khe rãnh, hốc bánh xe, ăng ten, tay nắm cửa, …).
- Vận tốc dịng khí tại đầu vào của khơng gian mơ phỏng có phương song song với trục dọc của xe, hướng từ đầu xe tới đi xe và có giá trị khơng đổi trong q trình mơ phỏng (Vkk = const).
- Vận tốc khơng khí tại bề mặt vỏ xe và bề mặt giới hạn của vùng không gian mô phỏng bằng 0 m/s.
- Không xét đến bán kính cong của kính chắn gió phía trước và kính phía sau xe (coi kính chắn gió phía trước và kính phía sau xe là các mặt phẳng).
5.1.2. Quy trình giải một bài tốn CFD
Bước 1: Trước tiên xử lý – Phân tích vấn đề. Bước 2: Tạo mơ hình.
Bước 3: Chia lưới.
Bước 4: Đặt tải và điều kiện biên.
Bước 5: Chọn mơ hình giải tốn và tiến hành giải. Bước 6: Hậu xử lý kết quả - Phân tích dữ liệu.
Bước 1: Tiền xử lý – Phân tích vấn đề
- Xác định loại bài toán: Bài toán dịng chất khí (hay lỏng) bao ngồi, hay bao trong, hay bài tốn nhiệt, …
- Chọn mơ hình tính tốn 2D hay 3D.
- Tùy vào hình dạng của mơ hình tính tốn mà chọn kiểu phần tử thích hợp.
Bước 2: Tạo mơ hình
- - Để xây dựng mơ hình 3D trong nghiên cứu khí động học Ơ tơ, các nhà nghiên cứu thường sử dụng các phần mềm thông dụng trong thiết kế CAE như: Solid Works, Catia, Avacus, ... Sau đó, mơ hình 3D sẽ được đưa vào trong mơi trường Ultrafluidx. Tuy nhiên trong đề tài này, em chọn sử dụng phần mền Catia V5 R21 để hổ trợ thiết kế mơ hình 3D.
-Do thiết kế mơ hình 3D là đối xứng theo phương dọc, do đó trong q trình tính tốn chỉ sử dụng 1/2 mơ hình, bằng cách này sẽ làm giảm khơng gian tính tốn, từ đó sẽ làm giảm thời gian tính tốn mà vẫn đảm bảo độ chính xác của bài toán.
Bước 3: Chia lưới
Đây là bước quan trọng vì kết quả tính tốn phụ thuộc nhiều vào độ mịn của lưới.
- Chia lưới:
+ Chia lưới tự động hay thủ cơng: Chia lưới tự động có ưu điểm là nhanh nhưng đơi khi khơng chính xác ở những chỗ có biên dạng thay đổi đột ngột. Ngược lại chia lưới thủ cơng sẽ tốn rất nhiều thời gian, nhưng có kết quả chính xác. Vì vậy cần kết hợp chúng lại để tạo ra một lưới mong muốn.
+ Chọn lưới khớp biên, hay lưới bắt xung.
+ Chọn các kiểu lưới sẽ áp dụng cho mơ hình tính. Trong CFD có viết về 3 kiểu lưới là: kiểu C, kiểu O, và kiểu H. Trên thế giới hiện nay có rất nhiều phần mềm hỗ trợ việc chia lưới giúp chúng ta tạo ra những lưới trơn mịn và chính xác như Gridgen, Gambit, Hyper Mesh, Ansys CFX, ICEM…
- Một điều quan trọng là tạo ra mơ hình và chia lưới đảm bảo máy tính có thể chạy được. Lưới càng dày sẽ cho kết quả càng chính xác, nhưng ngược lại sẽ tốn nhiều thời gian để giải và địi hỏi máy tính phải có cấu hình cao. Nên tìm cách để càng đơn giản mơ hình càng tốt (ví dụ với mơ hình đối xứng, thay vì vẽ tất cả thì ta chỉ cần khảo sát một phần đối xứng mà kết quả thu được là như nhau).
Bước 4: Xác định điều kiện biên và xác định thông số đầu vào
- Kết hợp các điều kiện biên thỏa mãn để tạo thành tập hợp các điều kiện biên:
+ Đối với một lưu chất nhớt, điều kiện biên trên một bề mặt giả thiết khơng có vận tốc tương đối giữa bề mặt và lưu chất ngay bề mặt. Điều này được gọi là điều kiện không trượt. Nếu bề mặt là tĩnh và dịng di chuyển qua nó thì tại bề mặt:
u = v = w = 0 (cho một dòng nhớt)
+ Ngồi một điều kiện khơng trượt tương tự như trên ta có thể kết hợp với điều kiện nhiệt độ tại bề mặt. Nếu nhiệt độ bề mặt vật liệu bằng Tw (nhiệt độ vách), khi đó nhiệt độ ngay tại lớp lưu chất tiếp xúc với bề mặt cũng là Tw, thì điều kiện biên thích hợp của nhiệt độ khí T là:
+ Nếu khơng biết nhiệt độ vách (ví dụ nếu nó đang thay đổi theo một hàm chứa biến thời gian, do có sự truyền nhiệt tới hoặc ra khỏi bề mặt), khi đó định luật Fourier về dẫn nhiệt sẽ là cơ sở xây dựng điều kiện biên tại bề mặt. Chúng ta biểu thị qw
nhiệt tức thời tại vách, khi đó theo định luật Fourier:
+ Theo định nghĩa bên trên nếu qw = 0 nghĩa là không có sự truyền nhiệt (vách đoạn nhiệt), khi đó điều kiện biên là:
+ Với lưu chất không nhớt, dịng trượt qua bề mặt (khơng có ma sát), do đó tại bề mặt, ta coi dịng khơng phải tiếp xúc với bề mặt:
vn 0
- Xác định các thơng số đầu vào ảnh hưởng đến q trình tính tốn:Trọng lực, áp suất, nhiệt độ, vận tốc, …Chỉ xét đến những thành phần ảnh hưởng tới bài toán.
Bước 5: Giải bài toán
- Sau khi thực hiện hết 4 bước trên, ta tiến hành giải bài tốn:
+ Thiết lập thuộc tính dịng chảy: Mật độ, độ nhớt, độ dẫn nhiệt, …
+ Thiết lập bước lặp cho lời giải: Theo dõi lời giải hội tụ và giảm sai số trong khoảng cho phép.
+ Chọn chế độ phân tích là chảy tầng hay chảy rối.
+ Chạy chương trình để giải bài tốn.
- Bước này tốn rất nhiều thời gian, nên trong quá trình giải cần kiên nhẫn theo dõi tiến trình của nó để nếu có sai sót thì có thể hiệu chỉnh lại ngay.
Bước 6: Hậu xử lý kết quả - Phân tích dữ liệu
- Sau khi giải bài toán, chúng ta tiến hành đọc kết quả.
- Tùy vào mục đích bài tốn mà ta chọn và đọc các kết quả đầu ra tương ứng, ví dụ như: trường phân bố áp suất, trường phân bố vận tốc, trường phân bố nhiệt, âm thanh, …
- Tiến hành phân tích, đánh giá kết quả.
- Sử dụng kết quả thu được để tính tốn thơng số mới như tính sức cản sau khi có kết quả phân bố áp suất và vận tốc, rồi suy ra hệ số lực cản.
Hình 4.7 Quy trình cơ bản khi sử dụng mơ phỏng CFD
CHƯƠNG 6: TÍNH TỐN TẢI TRỌNG LÀM MÁT VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ TRONG Ơ TƠ