Mô phỏng quá trình dẫn nhiệt trong trụ gia nhiệt

3. Ý nghĩa của đề tài

4.3. Mơ phỏng q trình dẫn nhiệt trong bộ phận gia nhiệt của thiết bị

4.3.2. Mô phỏng quá trình dẫn nhiệt trong trụ gia nhiệt

Khi có nguồn điện cấp cho 3 thanh điện trở đặt lệch nhau một góc 120˚. Thì 3 thanh điện trở nóng lên và truyền nhiệt sang trụ đồng, q trình dẫn nhiệt trong trụ đồng được mơ phỏng trên Transient Thermal ( Ansys):

Khởi động phần mềm

1. Kích biểu tượng Ansys

2. Chọn mơ dun Fluent trong gói mơ phỏng

Tạo khối hình học

Có hai phương án tạo khối hình học, thiết kế trực tiếp hoặc import mơ hình có sẵn. Với trường hợp inport mơ hình.

1. Đọc tập tin warm.STEP

Geometry  replace geometry  browse. Chọn tập tin warm.STEP

2. Chọn update project Chia lưới 3. MeshEdit 4. ProfectModel(A3)GeometrydichtruyenMeterialFluid 5. ProfectModel(A3)GeometrydaytruyenMeterialSolid 6. ProfectModel(A3)GeometrytrudongMeterialSolid

7. ProfectModel(A3)MeshInsertMapped face meshing

Chọn kiểu lưới cho ống dẫn.

8. ProfectModel(A3)MeshInsertAutomatich Method

Chọn kiểu lưới cho dịch truyền và ống đồng

9. Tiến hành chia lưới

Chọn update chia lưới

93

Hình 4.3: Chọn mặt cho mơ hình mơ phỏng

Hình 4.4: Đặt tên cho các mặt biên

11. Kiểm tra lưới

General Check

ANSYS FLUENT sẽ thực hiện kiểm tra khác nhau trên lưới và báo cáo tiến độ trong giao diện. Chắc chắn rằng thể tích nhỏ nhất được báo cáo là một số dương

12. Tỉ lệlưới và thay đổi đơn vị chiều dài

GenaralScale

94

 Chọn in trong hộp thoại Mesh Was Created In

 Bấn Scale để tỉ lệlưới

 Chọn in từ hộp thoại View Length Unit In để thiết lập đơn vị làm việc

cho độ dài.

 Đóng hộp thoai Scale Mesh

Hình 4.5: Thơng số kích thước phần tử lưới

Hình 4.6 : Kết quả quá trình check phần tử lưới

95

13. Hiện thịđường nét ngoài của lưới 3D

GeneralDisplay

 Giữ nguyên các mặc định trong danh sách Surfaces

 Bấm Display

 Đóng hộp thồi Mesh Display

14. Thao tác mà hình nhận được kết quả hình bên

Hình 4.8: Mơ hình hiện các đường biên Thiết lập chung

96

Hình 4.9: Bảng thiết lập chung thơng số mơ phỏng

units

Mơ hình hóa

Models

1. Kích hoạt tính năng truyền nhiệt bằng cách kích hoạt phương trình năng lượng

 Models→ Energy→Edit...

Hình 4.10: Kích hoạt trao đổi năng lượng nhiệt

2. Kích hoạt tiêu chuẩn k-ɛ mơ hình chảy rối

97

Hình 4.11: Kích hoạt và chọn thơng sô môi trường rối

 Chọn k-epsilon (2eqn) trong danh sách Model.

 Giữ nguyên mặc định cho các thơng số cịn lại

 Bấm ok đểđóng hộp thoại Viscous Model

Vật liệu.

1. Xác định các thuộc tính của vật liệu.

98

Hình 4.12: Tạo vật liệu cho bài tốn mơ phỏng

 Thêm vật liệu đồng (Cu)

 Thêm vật liệu nước (Máu)

 Thêm vật liệu nhựa (khơng có sẵn trong thư viện, ta tạo vật liệu) Vật liệu đồng dùng làm tấm cấp nhiệt ổn định ở 420C:

• Trọng lượng riêng 8978 (Kg/m3).

• Nhiệt dung riêng 381 (j/kg-k).

• Hệ số dẫn nhiệt 387.6 (w/m-k).

Vật liệu nhựa dùng làm ống dẫn dịch truyền

• Trọng lượng riêng 1200 (Kg/m3).

• Nhiệt dung riêng 1380 (j/kg-k).

• Hệ số dẫn nhiệt 0.13 (w/m-k). Dịch truyền (Máu)

99

Hình 4.13: Thơng số vật liệu chất lỏng

• Trọng lượng riêng 1056 (Kg/m3).

• Nhiệt dung riêng 3940 (j/kg-k).

• Hệ số dẫn nhiệt 0.8 (w/m-k).

• Độ nhớt 0.005 (Kg/m-s)

Nhiệt độđầu vào 50C

Điều kiện miền ơ

100

Hình 4.14:Thiết lập điều kiện ơ miền

1. Thiết lập các điều kiện biên cho dòng trong ống dẫn

a. Cell Zone Conditions daytruyenedit

 Thay đổi các lựa chọn mặc định của chất lỏng trong danh sách Material

Name thành loại vật liệu fluent(H20).

 Bấm OK đểđóng hội thoại.

b. Cell Zone Conditions daytruyenedit

 Thay đổi các lựa chọn mặc định của chất lỏng trong danh sách Material

Name thành loại vật liệu solid (nhua).

 Bấm OK đểđóng hội thoại.

c. Cell Zone Conditions daytruyenedit

 Thay đổi các lựa chọn mặc định của chất lỏng trong danh sách Material

Name thành loại vật liệu solid (đồng).

 Fix Valuse ở 425K

 Bấm OK đểđóng hội thoại

Điều kiện miền ô

101

1. Thiết lập các điều kiện biên cho hướng dòng chảy vào(inlet)

Boundary Conditions inletEdit

Hình 4.15: Thiết lập các điều kiện cho biên đầu vào inlet

 Nhập 0.008m/s cho Velocity Magnitude

 Chọn Intensity and Hydraulic Diameter từ danh sách Specification

Method trong hộp thoại Turbulence.

 Nhập 1% và 0.003 cho Turbulent Intensity và Hydraulic Diameter,

theo thứ tự

 Bấm thẻ Thermal và nhập 278 K cho Temperature.

 Bấm OK đểđóng hộp thoại Velocity Inlet.

2. Thiết lập điều kiện biên cho hướng dòng chảy ra (outlet)

102

Hình 4.16: Thiết lập các điều kiện cho biên đầu vào inlet

 Chọn Gauge Pressure(pascal) : 0

 Chọn Intensity and Hydraulic Diameter từ danh sách Specification

Method trong hộp thoại Turbulence.

 Nhập 1% và 0.003m cho Turbulent Intensity và Hydraulic Diameter,

theo thứ tự

 Bấm thẻ Thermal và nhập 299 K cho Temperature

3. Thiết lập mặt trao đổi nhiệt trụđồng

Boundary Conditions surface-copper-tubeEdit

 Trong type chọn loại interface, chọn ok.

 Chọn Ok để tạo interface với tên surface-copper-tube. 4. Thiết lập mặt trao đổi nhiệt ống

Boundary Conditions surface-tube -copper Edit

 Trong type chọn loại interface, chọn ok.

 Chọn Ok để tạo interface với tên surface-tube -copper.

103

 Trong type chọn loại interface, chọn ok.

 Chọn Ok để tạo interface với tên surface-tube –liquid. 5. Thiết lập mặt trao đổi nhiệt liquid

Boundary Conditions surface -liquit-tube Edit

 Trong type chọn loại interface, chọn ok.

 Chọn Ok để tạo interface với tên surface-liquid-tube. 6. Giữ nguyên các wall còn lại.

Bề mặt lưới

Mesh Interfaces Create/Edit…

Hình 4.17: Thiết lập mặt trao đổi nhiệt

1. Tạo Mesh Interface giữa trụđồng và ống dẫn

 Chọn interface surface-copper-tube trong danh sách Interface Zone 1.

 Chọn interface surface-tube-copper trong danh sách Interface Zone 2.

 Trong Interface Option chọn mục Coupled Wall.

 Bấm Create.

2. Tạo Mesh Interface giữa ống dẫn và dịch truyền

 Chọn interface surface-tube-liquid trong danh sách Interface Zone 1.

104

 Trong Interface Option chọn mục Coupled Wall.

 Bấm Create.

 Đóng hộp thoại Creat/Edit Mest Interfaces.

Giải

1. Thiết lập tham số lời giải

Hình 4.18: Thiết lập tham số giải

 Chọn Coupled từ danh sách Scheme.

 Chọn Second Order Upwind cho các danh sách Momentum, Turbulent Kinetic Energy, Turbulent Dissipation Rate, và Energy trong hộp thoại Spatial Discretization.

2. Kích hoạt tính năng vẽ của sai số hội tụ

Monitors→ Residuals→Edit...

105

Hình 4.19: Kích hoạt tính năng vẽ và theo dõi hội tụ

 Bấm OK đểđóng bảng Residual Monitors.

3. Kích hoạt tính năng theo dõi nhiệt độ bề mặt.

4. Kích hoạt tính năng theo dõi nhiệt độ trung bình.

5. Khởi tạo lời giải

Solution Initialization

Hình 4.20 : Khởi tạo lời giải

 Trong Intialization Methods chọn Standard Initialization với dữ liệu

106

Hình 4.21: Cập nhật dữ liệu ban đầu

 Chọn Initialize để cập nhật dữ liệu 6. Lưu tập tin

File→Write→Case...

7. Bắt đầu tính tốn

107

Hình 4.22: Check case, tính tốn mơ phỏng

 Nhập 250 cho Number of Iterations.

 Bấm Calculate

 Kết quả mô phỏng với nhiệt độống đồng là 42 độ, tốc độ dịch chuyền 60 giọt/ 1phút, nhiệt độban đầu của máu là 5độ

108

Thông số hội tụ <10-4

Hình 4.24: kiểm tra sự hội tụ

Kết quả mô phỏng cho ta thấy với nhiệt độđầu vào và lưu lượng vào cố định, nhiệt độ đầu ra của dịch truyền thay đổi phụ thuộc vào chiều dài của dây truyền dịch. Do vậy đó là cơ sở để ta lựa chọn chiều dài dây truyền dịch cần quấn lên bộ phận gia nhiệt đểđáp ứng được nhiệt độ đầu ra với nhiệt độ đầu vào và lưu lượng tương ứng.

109

CHƯƠNG V: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ MỘT VÀI CHỈ SỐ MÁU

5.1. Giới thiệu về thiết bịvà các bước tiến hành

Để tiến hành thực nghiệm chúng ta cần phải chuẩn bị các vật tư, nguyên vật liệu, thiết bị cần thiết đểđảm bảo quá trình được tiến hành thuận lợi và đạt kết quả chính xác nhất.

Các thiết bị cần thiết để tiến hành làm thực nghiệm đó là: Thiết bịsưởi ấm máu, dịch truyền, thiết bịđo nhiệt độ (nhiệt kế), dịch truyền (nước muối 0,9%), máu…