CHƯƠNG 3. CHẾ TẠO, THỰC NGHIỆM VÀ SO SÁNH ĐỐI CHIẾU
3.4 Tổng hợp kết quả, so sánh đối chiếu
Dựa trên các kết quả từ quá trình thiết kế mô phỏng và chế tạo thực nghiệm, tổng hợp thành bảng sau:
Bảng 3.3 Bảng tổng hợp kết quả STT Hình thức Trường hợp Thời gian giảm
nhiệt độ tới -20oC (s) (từ 30,8oC)
Vận tốc giảm nhiệt (C/s)
1 Mô phỏng Van mở 1/1 70 0,74
2 Mô phỏng Van mở 1/8 590 0,08
3 Thực nghiệm Van mở 1/1 175 0,29
4 Thực nghiệm Van mở 1/8 800 0,06
5 Thực nghiệm Van mở 1/4 420 0,12
Kết quả giảm nhiệt từ bài toán mô phỏng trong cùng một trường hợp luôn đạt hiệu suất tốt hơn, với vận tốc xuống nhiệt độ ổn định. Thực tế có sai số trong những trường hợp cùng điều kiện giữa bài toán mô phỏng và thực nghiệm, vì một số nguyên do sau:
- Thất thoát trong quá trình truyền nhiệt giữa điểm tiếp xúc vật liệu và mối nối - Sai số của thiết bị đo cũng như đầu dò cảm biến
- Do chủ quan người thực hiện trong công tác tiếp nito, vận hành đóng mở van - Mô phỏng trường hợp không đổ tràn đầy ống nito chưa thật sự sát với thực tế
Dưới đây là hai đồ thị so sánh kết quả giữa mô phỏng và thực nghiệm ở hai mức van mở 1/1 và 1/8:
Hình 3.35 Đồ thị so sánh mô phỏng – thực nghiệm (trường hợp van mở 1/1)
-30 -20 -10 0 10 20 30 40
0 25 50 75 100 125 150 175
Nhiệt độ (oC)
Thời gian (s)
Van mở 1/1 (thực nghiệm) Van mở 1/1 (mô phỏng)
58 Hình 3.36 Đồ thị so sánh mô phỏng – thực nghiệm (trường hợp van mở 1/8) Trường hợp van mở 1/1, sai số giữa thực nghiệm và mô phỏng là lớn, tuy nhiên cả hai đều có mức độ giảm nhiệt quá nhanh và không phù hợp với yêu cầu đặt ra. Dễ thấy trong thực nghiệm có sự tụt nhiệt độ sâu hơn mô phỏng ở giai đoạn đầu tiên. Điều này có thể là do một phần nito lỏng hóa hơi xâm nhập vào trong buồng ở nhiệt độ lạnh sâu gây giảm nhiệt độ nhanh hơn ở giai đoạn đầu. Tuy nhiên về lâu dài thì vẫn có thất thoát nhiệt xảy ra do đó tốc độ làm lạnh chậm hơn so với điều kiện tuyệt đối của mô phỏng.
Trường hợp van mở 1/8, sai số giữa thực nghiệm và mô phỏng nhỏ và các kết quả theo thời gian gần sát nhau hơn. Cũng dễ dàng hơn trong việc nhận thấy rằng thực nghiệm có những đoạn giảm nhiệt độ chậm và nhanh dần trở lại, do người thực hiện đổ nito tiếp thêm cũng như điều chỉnh chế độ van xả, để đảm bảo lượng nito trong ống duy trì ở nhiệt độ âm sâu như khởi điểm. Tuy nhiên theo thực nghiệm thì cần tới hơn hơn 13 phút để giảm tới nhiệt độ -20oC, tốc độ này hơi chậm hơn so với yêu cầu đặt ra.
Trường hợp van mở 1/4 trong thực nghiệm để giải quyết vấn đề ở 1/1 thì quá nhanh, mà để 1/8 thì hơi chậm. Kết quả từ trường hợp mở van 1/4 là sau khoảng 7 phút nhiệt độ tại tâm buồng sẽ đạt -20oC, với tốc độ này thì sẽ thuận lợi tiếp tận tới mức nhiệt -50oC sau thời gian 12-15 phút ở những thực nghiệm với cảm biến chính xác sau này.
Như đã trình bày trong phần nghiên cứu, trung bình cứ lên cao 100m nhiệt độ sẽ giảm đi 0,6oC. Đối với UAV có vận tốc lên độ cao khoảng trên 10m/s (như thực nghiệm đã đề cập ở chương 1) thì vận tốc giảm nhiệt tương ứng cho độ hạ nhiệt tới -20oC sẽ là 0,13 C/s. Đối chiếu với bảng kết quả của buồng thử nghiệm sang thực tế, trường hợp van mở 1/4 là gần sát nhất với tốc độ 0,12 C/s, sai số nhỏ hơn 10%. Cũng vẫn cần lưu ý rằng đây tùy vào kinh độ vĩ độ cũng như khu vực địa lí mà các quá trình thay đổi nhiệt độ này sẽ có sự khác biệt nhất định.
-30 -20 -10 0 10 20 30 40
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800
Nhiệt độ (oC)
Thời gian (s)
Van mở 1/8 (thực nghiệm) Van mở 1/8 (mô phỏng)
59 Nói riêng về hiệu suất, đây là là yếu tố được đưa ra như một tiêu đánh giá độ hiệu quả của thiết bị nhiệt. Tuy nhiên, với đặc tính riêng biệt của nito (ví dụ: hóa hơi ngay khi tiếp xúc với không khí), cùng những khó khăn trong công tác đo kiểm lưu lượng (ví dụ: yêu cầu trang thiết bị hoạt động được nhiệt độ âm sâu), việc xác định hiệu suất này là một công tác khó khăn, và cần đầu tư rất lớn ngay từ những bước chế tạo thiết kế ban đầu. Với điều kiện thí nghiệm tự xây dựng, người thực hiện đã cố gắng trong công tác kiểm soát sai số (so sánh các thiết bị đo nhiệt, thử nghiệm bước đầu, tiến hành đo nhiều lần,…) nhằm mục đích giảm thiểu những sai sót ở mức tối đa, tuy nhiên vẫn còn một chế hạn chế do chủ quan cũng như khách quan. Do đó công trình này với mục tiêu hoàn thành thực nghiệm giảm nhiệt trước mắt đã đạt được. Trong các hướng nghiên cứu tiếp theo với kinh phí và thời gian bổ sung về trang thiết bị, công tác chế tạo vận hành thì việc tính toán hiệu suất sẽ khả thi.
Tổng kết lại, buồng lạnh được xây dựng với khả năng điều tiết thay đổi tốc độ giảm nhiệt một cách linh động với phân bố đều toàn không gian bên trong. Đối với từng thực nghiệm cụ thể mà ta có thể điều chỉnh thời gian xuống tới nhiệt độ mong muốn qua van tiết lưu cho phù hợp với yêu cầu đặt ra của bài toán. Cần lưu ý rằng mô hình buồng lạnh cỡ nhỏ đã tiết kiệm vật tư và thời gian chế tạo, có thể hoàn thành được những thực nghiệm kiểm tra linh kiện vật liệu UAV kích cỡ vừa theo yếu tố nhiệt độ. Trong hướng nghiên cứu tiếp theo, có thể kết hợp các thay đổi về áp suất, độ ẩm, rung lắc để hoàn thành một thiết bị buồng thử nghiệm nhiều yếu tố đáp ứng từng bài toán cụ thể.
60 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
1. Kết luận
Công trình đã giải quyết được các vấn đề:
▪ Tìm hiểu tổng quan về hệ thống thiết bị kiểm định và thử nghiệm. Đã có sự nghiên cứu và nắm bắt một cách tổng thể về lý thuyết truyền nhiệt và nguyên lý làm lạnh.
▪ Thiết kế, mô phỏng, xây dựng phương án về sản phẩm buồng lạnh phục vụ kiểm định vật liệu và linh kiện cho UAV.
▪ Hoàn thành chế tạo mô hình buồng lạnh có hiệu quả cao, với khả năng điều chỉnh tốc độ giảm nhiệt độ và tiến hành một số thực nghiệm đạt yêu cầu.
2. Hướng phát triển của luận văn
Luận văn có nhiều hướng để tiếp tục phát triển, hoàn thiện, trong đó tiêu biểu là:
▪ Tăng kích thước buồng, khắc phục các nhược điểm và phát huy các ưu điểm trong quá trình hạ nhiệt và trang thiết bị cảm biến để bài kiểm nghiệm ổn định hơn.
▪ Xây dựng phương án về các sản phẩm kiểm nghiệm tương tự xoay quanh những yếu tố khác như áp suất, độ ẩm, rung lắc,...
▪ Tích hợp các bài toán về sự thay đổi của môi trường thành một sản phẩm buồng thử nghiệm hoàn chỉnh, giả lập chính xác nhất điều kiện thực tế.
61 TÀI LIỆU THAM KHẢO