Có hai phương pháp chính để tăng cường hiệu quả làm việc của máy phát điện nhiệt – điện đó là tạo ra vật liệu nhiệt – điện tối ưu và tăng cường quá trình trao đổi nhiệt của thiết bị. Đối với từng phương pháp đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng, tuy nhiên phương pháp tăng cường quá trình trao đổi nhiệt của thiết bị vẫn là phương pháp được ưu tiên hơn cả vì khơng chỉ góp phần cải thiện hiệu suất của thiết bị mà cịn tăng cường hiệu quả của q trình khai thác năng lượng nhiệt từ khí xả của động cơ đốt trong.
Nhiệm vụ chính của việc tăng cường trao nhiệt là phải tác động đến lớp cơng chất ngồi cùng, sát bề mặt trao đổi nhiệt, làm cho nó trở nên mỏng hơn hoặc bị phá hủy một phần. Quá trình tăng cường trao đổi nhiệt cần phải đạt được hiệu quả về chi phí. Khi chọn phương pháp tăng cường truyền nhiệt, cần phải tính đến các điều kiện làm việc của động cơ đốt trong.
Hình 3. Các phương pháp tăng cường hiệu quả làm việc của máy phát điện nhiệt – điện
Một phương pháp đơn giản đã được biết tới đó là tăng cường quá trình trao đổi nhiệt bằng cách cải biến bề mặt trao đổi nhiệt, nghĩa là tạo ra các hình dạng phức tạp và đặc biệt của bề mặt trao đổi nhiệt để hình thành các kênh trao đổi nhiệt. Các bề mặt này tạo ra các trường áp suất thay đổi trong dòng chảy, gây ra tác động trực tiếp lên dòng chảy thứ cấp gần các bề mặt trao đổi nhiệt. Với việc sử dụng các trường biến áp và các vùng xoáy để tăng cường trao đổi nhiệt, bề mặt trao đổi nhiệt sẽ được thiết kế dưới dạng nhấp nhô bằng cách gắn thêm các tấm nghiêng. Theo Hình 4, kết quả mơ phỏng cho thấy một bộ trao đổi nhiệt dạng tấm nghiêng đối xứng sẽ cho hiệu quả tốt nhất [5].
Nội san khoa học Viện Cơ khí Số 04 – 11/2018 54
Hình 4. Mơ phỏng của một bộ trao đổi nhiệt với kết cấu tấm nghiêng đối xứng
Ưu điểm của phương pháp này nằm ở hiệu ứng chuyển động của dịng khí bởi kết cấu tấm nghiêng đối xứng của bề mặt trao đổi nhiệt. Các bề mặt này tạo ra các trường áp suất thay đổi trong dòng chảy, tạo ra tác động định hướng của dòng thứ cấp gần bề mặt trao đổi nhiệt và cải thiện chất lượng của quá trình trao đổi nhiệt. Kết quả là làm gia tăng hiệu quả của máy phát điện nhiệt – điện. Những bất lợi của phương pháp này là sự tích tụ của muội trên bề mặt của các tấm nghiêng, làm giảm chất lượng của quá trình trao đổi nhiệt. Ngồi ra, do q trình tạo dịng khí xốy bên trong thiết bị nên có thể xuất hiện rung, tiếng ồn, đồng thời làm giảm tuổi thọ của thiết bị.
Bất chấp những hạn chế tồn tại, phương pháp này vẫn có ưu thế vượt trội, thích hợp trong việc ứng dụng để tăng hiệu quả làm việc của máy phát điện nhiệt – điện.