Luận án Nghiên cứu đặc tính truyền nhiệt của quá trình ngưng tụ trong bộ trao đổi nhiệt kênh micro

Luận án Nghiên cứu đặc tính truyền nhiệt của quá trình ngưng tụ trong bộ trao đổi nhiệt kênh micro trang 1

Trang 1

Luận án Nghiên cứu đặc tính truyền nhiệt của quá trình ngưng tụ trong bộ trao đổi nhiệt kênh micro trang 2

Trang 2

Luận án Nghiên cứu đặc tính truyền nhiệt của quá trình ngưng tụ trong bộ trao đổi nhiệt kênh micro trang 3

Trang 3

Luận án Nghiên cứu đặc tính truyền nhiệt của quá trình ngưng tụ trong bộ trao đổi nhiệt kênh micro trang 4

Trang 4

Luận án Nghiên cứu đặc tính truyền nhiệt của quá trình ngưng tụ trong bộ trao đổi nhiệt kênh micro trang 5

Trang 5

Luận án Nghiên cứu đặc tính truyền nhiệt của quá trình ngưng tụ trong bộ trao đổi nhiệt kênh micro trang 6

Trang 6

Luận án Nghiên cứu đặc tính truyền nhiệt của quá trình ngưng tụ trong bộ trao đổi nhiệt kênh micro trang 7

Trang 7

Luận án Nghiên cứu đặc tính truyền nhiệt của quá trình ngưng tụ trong bộ trao đổi nhiệt kênh micro trang 8

Trang 8

Luận án Nghiên cứu đặc tính truyền nhiệt của quá trình ngưng tụ trong bộ trao đổi nhiệt kênh micro trang 9

Trang 9

Luận án Nghiên cứu đặc tính truyền nhiệt của quá trình ngưng tụ trong bộ trao đổi nhiệt kênh micro trang 10

Trang 10

Tải về để xem bản đầy đủ

pdf 173 trang nguyenduy 25/03/2024 250
Bạn đang xem 10 trang mẫu của tài liệu "Luận án Nghiên cứu đặc tính truyền nhiệt của quá trình ngưng tụ trong bộ trao đổi nhiệt kênh micro", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên.

Tóm tắt nội dung tài liệu: Luận án Nghiên cứu đặc tính truyền nhiệt của quá trình ngưng tụ trong bộ trao đổi nhiệt kênh micro

Luận án Nghiên cứu đặc tính truyền nhiệt của quá trình ngưng tụ trong bộ trao đổi nhiệt kênh micro
 W200: 
 Cũng với cách tính tương tự ta xác định kích thước chiều dài kênh micro cho mẫu 
W200 là 52 mm và chiều dài kênh giải nhiệt nước là 57 mm. Hình dáng và kích thước 
chung cho mẫu W150 và W200 này được thể hiện ở hình 2.5. 
 Hai mẫu W150 và W200 đã được thiết kế tại giá trị: Lưu lượng hơi ms = 0,066g/s, 
 o
nhiệt độ hơi 105 C, lưu lượng nước giải nhiệt mcw = 0,972 g/s và nhiệt độ nước đầu 
 o
vào là tcw1 = 29 C. 
 Để đánh giá khả năng ngưng tụ của 2 thiết bị trên, phạm vi thực nghiệm sẽ được 
tiến hành như sau (chi tiết ở mục 4.2). 
 - Khoảng lưu lượng hơi từ 0,01 g/s đến 0,08 g/s. 
 - Nhiệt độ hơi vào từ 101 oC đến 117 oC. 
 - Khoảng lưu lượng nước giải nhiệt từ 1 g/s đến 3 g/s. 
 - Nhiệt độ nước giải nhiệt vào từ 28 oC đến 32 oC. 
 44 
2.2.7. Thông số các mẫu thiết kế 
 Kết quả từ tính toán thiết kế thông số kích thước của hai mẫu W150 và W200 
được trình bày trong bảng 2.1 và được mô tả như hình 2.5. Trong đó kích thước của 
2 ống góp và bề dày của 9 đường gân ngăn cách giữa 2 kênh micro như sau: 
 - Kích thước ống góp (Dài x Rộng x Sâu): 10 mm x 2,5 mm x 500 µm 
 - Đường gân có chiều dài bằng chiều dài kênh micro Lg = Lm, độ cao thì bằng 
thông số chiều sâu của kênh micro Hg = Dm và chiều rộng Wg = 500 µm. 
 Bảng 2.1: Thông số kích thước của hai mẫu tính toán thiết kế 
 Tên Kích thước tổng thể Phía hơi Phía nước giải nhiệt 
 mẫu (Dài x Rộng x Dày) (Dài x Rộng x Sâu) (Dài x Rộng x Sâu) 
 Số lượng: 10 kênh Số lượng: 1 kênh 
 L W T Lm Wm Dm Lcw Wcw Dcw 
 (mm) (mm) (mm) (mm) (µm) (µm) (mm) (µm) (µm) 
 W150 42 14,5 0,7 32 500 500 37 9500 500 
 W200 62 14,5 0,7 52 500 500 57 9500 500 
 45 
 Dm 
 S2 
 Wf 
 S1 S1 
 L Lm 
 S2 
 S2-S2 
 Wg Wm 
 Df 
 S1-S1 
 Lf T 
 W 
 Hình 2.5: Mẫu thiết kế W150 và W200. 
 Dựa trên hai mẫu gốc W150 và W200, để nghiên cứu ảnh hưởng hình dáng và 
kích thước của ống góp đến quá trình ngưng tụ trong kênh micro cũng như để giảm 
tài nguyên cho máy tính và chi phí tính toán, 6 mẫu được giảm kích thước như hình 
2.6 đã được đưa vào mô phỏng số và được gán tên từ W150-A/B/C và W200-A/B/C 
với các thông số kích thước như thể hiện ở bảng 2.2. Trong đó, W150-A, W150-B và 
W150-C đã được phát triển trên cơ sở thông số thiết kế của W150. Tương tự W200-
A, W200-B và W200-C trên cơ sở thông số thiết kế W200. 
 Kích thước tổng thể và hình dáng kích thước ống góp của 6 mẫu đã được phát 
triển như trên, được thể hiện như hình 2.6 và 2.7. 
 46 
 Dm 
 S2 
 Wf 
 S1 S1 
 L Lm 
 S2 
 S2-S2 
 Wm 
 Wg 
 Lf 
 Df T 
 W 
 S1-S1 
Hình 2.6: Kích thước tổng thể của các mẫu W150-A/B/C và W200-A/B/C 
 Lf Lf 
 Lf 
 5 mm 
 2,5 mm 5 mm 0,5 mm 
 (a) (b) (c) 
 Hình 2.7: Kích thước và hình dáng ống góp 
 (a) W150-A và W200-A; (b) W150-B và W200-B; (c) W150-C và W200-C 
 47 
 Bảng 2.2 chỉ rõ thông số kích thước chi tiết của 6 mẫu đã được phát triển trên cơ 
sở thông số thiết kế của W150 và W200 
 Bảng 2.2: Thông số kích thước W150-A/B/C và W200-A/B/C 
Tên mẫu Kích thước tổng thể (mm) Kích thước ống góp (mm) 
 (Dài x Rộng x Dày) (Dài x Rộng x Sâu) 
 L W T Lf Wf Df 
 W150-A 38 10,5 0,7 9,5 2,5 0,5 
 W150-B 48 10,5 0,7 9,5 5,0 0,5 
 W150-C 48 10,5 0,7 9,5 5,0 ÷ 0,5 0,5 
 W200-A 58 10,5 0,7 9,5 2,5 0,5 
 W200-B 68 10,5 0,7 9,5 5,0 0,5 
 W200-C 68 10,5 0,7 9,5 5,0 ÷ 0,5 0,5 
 Để đánh giá ảnh hưởng của kích thước kênh và bề dày của lớp vật liệu đến quá 
trình ngưng tụ kênh micro, các mẫu mới đã được phát triển từ thông số kích thước 
của W200 và được gán tên từ W200-D1 đến W200-D3. Trong đó bề dày lớp vật liệu 
của W200 là 0,7 mm và W200-D1 là 1,2 mm, chi tiết được thể hiện như hình 2.8. 
Thông số kích thước hình học của các mẫu này được trình bày trong bảng 2.3. 
 200 µm W200 0,7 mm 
 700 µm W200-D1 1,2 mm 
 Hình 2.8: Bề dày vách ngăn của W200 và W200-D1 
 48 
 Bảng 2.3: Thông số kích thước W200 và W200-D1/D2/D3 
 Kích thước của Kích thước của Kích thước kênh micro (mm) 
Tên mẫu substrate (mm) ống góp (mm) Phía hơi Phía nước 
 L W T Lf Wf Df Lm Wm Dm Lcw Wcw Dcw 
 W200 62 14,5 0,7 12 2,5 0,5 52 0,5 0,5 57 9,5 0,5 
 W200-D1 62 14,5 1,2 12 2,5 0,5 52 0,5 0,5 57 9,5 0,5 
 W200-D2 62 14,5 1,2 12 2,5 0,5 52 0,7 0,3 57 9,5 0,5 
 W200-D3 62 14,5 1,2 12 2,5 0,5 52 0,55 0,4 57 9,5 0,5 
 Phương pháp bố trí kênh micro cho phía hơi và phía nước giải nhiệt như hình 2.9. 
Trong đó (1) là mẫu nhôm đã được thiết kế với các thông số như đã trình bày ở trên, 
(2) và (3) là hai tấm PMMA để làm kín tạo dòng chảy trong kênh. Với (2) được gia 
công kênh nước giải nhiệt (Lcw x Wcw x Dcw). 
 Hơi vào 
 Nước giải nhiệt vào 
 Nước ngưng ra 
 Hình 2.9: Bố trí kênh cho phía hơi và phía nước giải nhiệt 
 Tổng kết: Có tất cả 11 mẫu được gán tên từ W150 đến W200-D3, với W150-
A/B/C được phát triển từ W150 và W200-A/B/C/D1/D2/D3 được phát triển từ W200. 
Trong đó, W150-C và W200-C có kích thước ống góp thay đổi giảm từ 5 mm xuống 
500 m. W200 và W200-D1 khác nhau về kích thước chiều dày substrate, tương ứng 
là 700 m và 1200 m. Các mẫu W200-D1/D2/D3 có cùng chu vi ướt (2000 m), 
 49 
riêng W200-D2/D3 có cùng đường kính thủy lực (Dh = 420 m). Chi tiết các thông 
số kích thước các mẫu này được tổng hợp và thể hiện trong bảng 2.4. 
 Bảng 2.4: Tổng hợp các mẫu thiết kế và phát triển cho mô phỏng số 
 Kích thước Kích thước Kích thước kênh micro (mm) 
 Số của substrate của ống góp 
 Mẫu Phía hơi Phía nước 
TT (mm) (mm) 
 L W T Lf Wf Df Lm Wm Dm Lcw Wcw Dcw 
 1 W150 42 14,5 0,7 12 2,5 0,5 32 0,5 0,5 37 9,5 0,5 
 2 W150-A 38 10,5 0,7 10 2,5 0,5 32 0,5 0,5 37 9,5 0,5 
 3 W150-B 48 10,5 0,7 10 5,0 0,5 32 0,5 0,5 42 9,5 0,5 
 4 W150-C 48 10,5 0,7 10 50,5 0,5 32 0,5 0,5 42 9,5 0,5 
 5 W200 62 14,5 0,7 12 2,5 0,5 52 0,5 0,5 57 9,5 0,5 
 6 W200-A 58 10,5 0,7 10 2,5 0,5 52 0,5 0,5 57 9,5 0,5 
 7 W200-B 68 10,5 0,7 10 5,0 0,5 52 0,5 0,5 62 9,5 0,5 
 8 W200-C 68 10,5 0,7 10 50,5 0,5 52 0,5 0,5 62 9,5 0,5 
 9 W200-D1 62 14,5 1,2 12 2,5 0,5 52 0,5 0,5 57 9,5 0,5 
 10 W200-D2 62 14,5 1,2 12 2,5 0,5 52 0,7 0,3 57 9,5 0,5 
 11 W200-D3 62 14,5 1,2 12 2,5 0,5 52 0,55 0,4 57 9,5 0,5 
2.3. Mô phỏng số 
2.3.1. Thiết lập mô hình 
 Trong nghiên cứu này 10 mẫu (W150-A/B/C, W200 và W200-A/B/C/D1/D2/D3) 
có thông số thiết kế trong bảng 2.4 đã được thiết kế 3D trên phần mềm thiết Inventor. 
Sao đó nhúng vào cửa sổ thiết kế của COMSOL Multiphysics 5.2a và thiết lập vật 
liệu cho mô hình. Hình 2.10 là một trường hợp của thiết bị ngưng tụ W200. 
 50 
 Hơi nước 
 Nhôm 
 Nước 
 PMMA 
 Hình 2.10: Gán vật liệu cho mô hình 
2.3.2. Các phương trình toán học 
2.3.2.1. Dòng chảy lưu chất 
 Tỉ số giữa khoảng cách tự do của các phân tử () và kích thước đặc trưng của kênh 
(trong nghiên cứu này đường kính thủy lực Dh) gọi là chỉ số Knudsen, Kn = /Dh . 
Khi Kn > 0,1 thì phải sử dụng mô hình phân tử, khi Kn < 0,1 có thể sử dụng mô hình 
liên tục và phương trình Navier-Stokes, [79]. Vì thế chỉ số Kn là thông số quan trọng 
để xác định phương pháp tính toán. 
 Khoảng cách tự do giữ các phân tử phụ thuộc vào khối lượng phân tử (MH2O ), 
đường kính phân tử (dH2O) và khối lượng riêng pha hơi ( s) của chất lưu [79]. 
 M
  = H2O (61) 
 2
 N A 2 d H2O s
 Trong đó: MH2O là khối lượng mol của H2O = 18,015 g/mol 
 23
 Hằng số Avogadro NA = 6,022137×10 1/mol 
 dH2O là đường kính phân tử hơi nước, dH2O = 0,42 nm 
 51 
 o 3
 Khối lượng riêng của hơi nước tại 105 C, s = 0,598 kg/m 
 18,01528
  = = 0,063830 m 
 6,022137.10 23. 2.3,14.(0,42.10 −3 )2 .0,598.10 −15
 Chỉ số Knudsen Kn = /Dh = 0,000128 << 0,1 vậy bài toán có mô hình dòng chảy 
liên tục và từ đây các phương trình chính yếu được sử dụng cho dòng chảy lưu chất 
trong hệ thống này gồm phương trình liên tục và phương trình động lượng [21] và 
[73]-[74] 
 a. Phương trình liên tục 
     x y z 
 + x + y + z + + + = 0 (2.62) 
  x y z x y z 
 Trong đó: 
 ωx, ωy và ωz là vận tốc (m/s) của chất lưu theo phương x, y và z 
 là khối lượng riêng, kg/m3 
  là thời gian, s 
 b. Phương trình động lượng 
     1 p  2 2 2 
 x +  x +  x +  x = − + x + x + x (2.63a) 
 x y z 2 2 2 
  x y z x x y z 
     1 p  2 2 2 
 y +  y +  y +  y = − + y + y + y (2.63b) 
 x y z 2 2 2 
  x y z y x y z 
     1 p  2 2 2 
 z +  z +  z +  z = − + z + z + z (2.63c) 
 x y z 2 2 2 
  x y z z x y z 
  x y z 
 Dòng chảy ổn định nên: = 0 , = 0, = 0và = 0 
     
 52 
 - Điều kiện biên cho nước tại đầu vào: −  (.n)dF = mtrong đó m là lưu lượng 
và vận tốc trình tự theo phương x, y và z là ωx = 0, ωy = 0, ωz = ω0; 
 - Điều kiện biên cho của dòng chảy: 
 + p = po ; 
 T
 + (∂ωx/∂x) + (∂ωy/∂y) + (∂ωz/∂z) + ((∂ωx/∂x) + (∂ωy/∂y) + (∂ωz/∂z)) =0 
 2
 Với μ là độ nhớt động lực học, Ns/m ; p là áp suất và po là áp suất tính toán ban 
đầu của dòng chảy. 
c. Phương trình tỉ lệ thể tích 
 Phương trình tỉ lệ thể tích [71] được sử dụng để phân tích dòng hai pha. 
  i i
 + .( i ii ) = S (2.64) 
  i
 3
 Trong đó: là khối lượng riêng, kg/m ;  là vận tốc, m/s; là tỉ lệ thể tích của 
 npha
hơi trong hỗn hợp, = 01 và  i =1 
 i=1
2.3.2.2. Truyền nhiệt 
a. Phương trình vi phân dẫn nhiệt của vật rắn 
 T q
 = a.2T + v (2.65) 
  c. 
 Trong đó: 
 
 a = là hệ số khuếch tán nhiệt, m2/s 
 c. 
 2T là toán tử Laplace theo T, trong hệ tọa độ Descartes 
  2T  2T  2T
 2T = + + 
 x y z
 3
 qv là nguồn nhiệt bên trong vật, W/m 
 53 
 c là nhiệt dung riêng của vật rắn, J/(kg.K) 
 ρ là khối lượng riêng của vật rắn, kg/m3 
 T
 Điều kiện truyền nhiệt ổn định = 0 và khi không có nguồn nhiệt bên trong qv=0 
 
và do đó từ (2.65) suy ra2T = 0 bởi a ≠ 0 
  2T  2T  2T
 Vậy trong điều kiện ổn định + + = 0 
 x y z
b. Phương trình vi phân trao đổi nhiệt đối lưu 
 T 
 Theo định luật Fourier q = − mặt khác mật độ dòng nhiệt mà chất lỏng 
 n n=0
nhận được theo định luật Newton – Richman q = α.(Tw – Tf). Dòng nhiệt này phải 
bằng nhau nên ta có: 
 T 
 .(Tw − Tf ) = −. (2.66) 
 n n=0
 Vậy hệ số tỏa nhiệt đối lưu 
  T 
 = − . (2.67) 
 (Tw − Tf ) n n=0
 Trong đó: 
  là hệ số dẫn nhiệt, W/m.K 
 Tw là nhiệt độ trên bề mặt vách rắn, K 
 Tf là nhiệt độ tính toán của chất lưu, K 
 T 
 là gradient nhiệt độ theo phương pháp tuyến với mặt đẳng nhiệt, K/m 
 n n=0
 54 
c. Phương trình năng lượng 
 Phương trình năng lượng được viết dưới dạng phương trình vi phân tổng quát cho 
cả pha hơi và pha lỏng như sau: 
 T 2T 2T 2T T T T    
 .c . = . + + − .c .  +  +  − .c .T. x + y + z (2.68) 
 p 2 2 2 p x y z p 
  x y z x y z x y z 
   
 Đối với nước có thể xem như chất lỏng không chịu nén: x + y + z = 0 
 x y z
 T T T T   2T  2T  2T 
 +  +  +  = + + 
 x y z 2 2 2 
  x y z cp . x y z 
 Điều kiện phương trình: 
 T
 - Điều kiện ổn định nên trường nhiệt độ không đổi theo thời gian, nên = 0 
 
 - Điều kiện biên cho dòng chảy ở vị trí đầu vào T = To. Điều kiện biên cho 
dòng chảy ở vị trí đầu ra được thể hiện theo phương trình − n(k.T)= 0 
 Để giải các phương trình vi phân trên, các phương trình dẫn nhiệt và các phương 
trình xác định thông số vật lý theo [80] được sử dụng trong nghiên cứu này. 
d. Dẫn nhiệt trong vật rắn [80] 
 T dp k
 .cp + .T + (q + qbx ) = −T : + q v (2.69) 
  d
 Trong đó: 
 2 
 qbx là mật độ dòng nhiệt do bức xạ, W/m
 pk là ứng suất Piola-Kirchhoff, Pa 
 dp d 
 Ở đây T : k chính là = +  . 
 d d t (x,y,z) (x,y,z)
 55 
e. Dẫn nhiệt trong chất lỏng [80] 
 T p 
 cp + .T + (q + q bx ) =  .T + .p +  : + q v (2.70) 
   
 Trong đó: 
 βρ là hệ số dãn nở nhiệt, 1/K 
 σ là ứng suất nhớt, Pa 
f. Truyền nhiệt khi chuyển pha: 
 Các thông số vật lý của chất lưu trong vùng hai pha phụ thuộc vào tỉ lệ thể tích 
 =01 theo các phương trình từ (2.71) đến (2.74). 
 Khối lượng riêng trong vùng hai pha phụ thuộc vào tỉ lệ thể tích hơi [73] và [80] 
 = s + (1- ) l (2.71) 
 Ở đây “s” là pha hơi và “l” là pha lỏng 
 Enthalpy riêng: 
 1
 h = ( h + (1− ) h ) (2.72) 
 s s 1 1
 Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp: 
 h
 c = 
 p T
 1 
 Suy ra, c = ( c + (1− ). .c )+ (h − h ) (2.73) 
 p s p,s l p,l l s T
 (1− ). − . 
 Với:  = l s 
 2 
 56 
 Hệ số dẫn nhiệt 
 λ = λs + (1- )λl (2.74) 
 Trong đó, = 0 1 là tỉ lệ thể tích, s và l tương ứng hệ số dẫn nhiệt (W/m.K) 
của pha lỏng và pha hơi. 
2.3.2.3. Các phương trình xác định thông số vật lý 
a. Các phương trình thông số vật lý của hơi 
 Các tính chất vật lý của hơi nước trên đường bão hòa được sử dụng theo các 
phương trình từ 2.75 – 2.80, với các giá trị hằng số A – F tra theo bảng 2.5 [80] và 
[81]. 
 Độ nhớt động lực học: 
 2 3
 µs = A + B.Ts + C.Ts + D.Ts (2.75) 
 Nhiệt dung riêng đẳng áp: 
 2 3 4 5 
 cp,s = A + B.Ts + C.Ts + D.Ts + E.Ts + F.Ts (2.76) 
 Hệ số dẫn nhiệt: 
 2 3
 λs = A + B.Ts + C.Ts + D.Ts (2.77) 
 Khối lượng riêng của hơi: 
 18,02 ps 3
 s = f (ps ,Ts ) = . , kg/m (2.78) 
 8314 Ts
 Vì ps = f(Ts) và Ts = f(ps), nên để xác định áp suất và nhiệt độ thay đổi trong phạm 
vi vô cùng bé của phân tử lưới, đạo hàm riêng phải được xét đến. 
 18,02 ps 
  . 
 8,314 Ts 
 ps = (2.79) 
 Ts
 57 
 18,02 ps 
  . 
 8,314 Ts 
 và Ts = (2.80) 
 ps
 Bảng 2.5: Các hằng số của các phương trình thông số hơi nước bão hòa 
 2
 Các hằng số µs (T), N.s/m cps (T), J/(kg.K) λs (T), W/(m.K) 
 -6 -4
 A -1,42022867.10 13604,7344 1,31729321.10 
 -8 -5
 B 3,8345571.10 90,4303506 5,14971428.10 
 -12 -8
 C -3,85222958.10 0,27735566 3,89645315.10 
 -15 -4 -11
 D 2,1019569.10 -4,21264496.10 -1,36813161.10 
 -7
 E - 3,18369497.10 - 
 -11
 F - -9,56147519.10 - 
b. Phương trình tính chất vật lý của nước trên đường bão hòa 
 Các hằng số A-G trong các công thức từ 2.81-2.84 được xác định theo bảng 2.6 
[80] và [81]. 
 Độ nhớt động lực học: 
 2 3 4 5 6
 µl = A + B.Tl + C.Tl + D.Tl + E.Tl + F.Tl + G.Tl (2.81) 
 Nhiệt dung riêng đẳng áp: 
 2 3 4 
 cp,l = A + B.Tl + C.Tl + D.Tl + E.Tl (2.82) 
 Hệ số dẫn nhiệt: 
 2 3
 λl = A + B.Tl + C.Tl + D.Tl (2.83) 
 Khối lượng riêng của nước: 
 2 3
 ρl = A + B.Tl + C.Tl + D.Tl (2.84) 
 58 
 Bảng 2.6: Các hằng số của phương trình xác định thông số vật lý nước 
 2 3
 Các µl (T), N.s/m cpl (T), J/(kg.K) λl (T), W/(m.K) ρl (T), kg/m 
 hằng 
 số 
 A 1,3799566804 12010,1471 -0,869083936 838,466135 
 B -0,021224019151 -80,4072879 0,00894880345 1,40050603 
 -4 -5
 C 1,3604562827.10 0,309866854 -1,58366345.10 -0,0030112376 
 -7 -4 -9 -7
 D -4,6454090319.10 -5,38186884.10 7,97543259.10 3,71822313.10 
 -10 -7
 E 8,9042735735.10 3,62536437.10 - - 
 -13
 F -9,0790692686.10 - - - 
 -16
 G 3,8457331488.10 - - - 
 Các thông số vật lý của nhôm trong bảng 2.7 [81] được sử dụng trong tính toán 
và giải mô hình toán bằng phương pháp mô phỏng số. 
 Bảng 2.7: Thông số vật lý của nhôm 
 STT Thông số Giá trị Đơn vị 
 1 Hệ số dẫn nhiệt 201 W/(m.K) 
 2 Khối lượng riêng 2700 kg/m3 
 3 Nhiệt dung riêng 900 J/(kg.K) 
 4 Hệ số giãn nở nhiệt 23,4.10-6 1/K 
 59 
2.3.3. Quá trình mô phỏng 
2.3.3.1. Thông số đầu vào 
 Điều kiện mô phỏng ban đầu cho 10 mô hình được trình bày như bảng 2.8. Các 
mẫu này được mô phỏng ở điều kiện nhiệt độ môi trường trong khoảng 31oC đến 
32oC. Điều kiện đầu vào của các nhóm mẫu mô phỏng sẽ được thể hiện chi tiết trong 
mục 4.1. 
 Bảng 2.8: Điều kiện đầu vào 
 Số Tên mẫu Hơi nước bão hòa Nước giải nhiệt đầu vào 
 TT 
 Nhiệt độ Lưu lượng Nhiệt độ Lưu lượng 
 [oC] [g/s] [oC] [g/s] 
 1 W150-A 105 0,06 29 3,244 
 2 W150-B 105 0,06 29 3,244 
 3 W150-C 105 0,06 29 3,244 
 105 0,01÷0,1 29 3 
 4 W200 
 108 0,03 29 3 
 105 0,06 29 3,244 
 5 W200-A 
 101÷108 0,04÷0,08 29 3,244 
 6 W200-B 105 0,06 29 3,244 
 7 W200-C 105 0,06 29 3,244 
 8 W200-D1 105 0,01÷0,1 29 3 
 9 W200-D2 105 0,01÷0,1 29 3 
 10 W200-D3 105 0,01÷0,1 29 3 
 Ngoài các giá trị thông số của hơi bão hòa và nước giải nhiệt tại đầu vào của thiết 
bị thì áp suất của nước ngưng và nước giải nhiệt cũng được giả thuyết ban đầu là 
1,013.105 Pa. 
 60 
2.3.3.2. Thông số lưới 
 Hình 2.11 là kết quả tạo lưới bởi phương pháp tự động cho các phần tử tứ diện tự 
do cho trường hợp W200. Bảng 2.9 là thông số lưới cho các mô hình đã đề cập ở trên. 
 (a) Kích thước phần tử lưới 
 (b) Kết quả chia lưới trên mô hình W200 
 Hình 2.11: Tạo lưới cho mô hình 
 61 
 Bảng 2.9: Thông số lưới 
 Số Tên mẫu Số lượng phần tử Chất lượng phần tử lưới 
 TT Miền Biên Cạnh Kích Kích Hệ số 
 thước thước cong của 
 nhỏ nhất trung bình lưới 
 1 W150-A 180819 52720 6063 0,1357 0,7499 0,6 
 2 W150-B 205649 51084 5636 0,2089 0,7683 0,6 
 3 W150-C 195701 54598 6220 0,03811 0,7582 0,6 
 4 W200 48047 13927 3303 0,06517 0,5223 0,7 
 5 W200-A 221923 66060 8253 0,2046 0,7875 0,6 
 6 W200-B 238194 61510 7642 0,2062 0,7864 0,6 
 7 W200-C 231271 68588 8431 0,04317 0,7929 0,6 
 8 W200-D1 43843 13134 3262 0,06407 0,5062 0,7 
 9 W200-D2 47192 13862 3286 0,0379 0,4575 0,7 
 10 W200-D3 48770 14018 3347 0,0125 0,4849 0,7 
2.3.3.3. Chọn lời giải 
 Các mô hình trong nghiên cứu này đã sử dụng các phương trình toán học được 
trình bày ở trên, kết hợp với các điều kiện biên và các điều kiện mô phỏng. Sử dụng 
phương pháp phần tử hữu hạn với lời giải PARDISO (PARallel DIrect SOlver) để 
tìm ra trường nhiệt độ, áp suất, khối lượng riêng và độ khô. 
 Mô hình này được giải bởi phần mềm COMSOL Multiphysics, phiên bản 5.2a. 
Cấu hình máy được sử dụng cho lời giải: 
 - Bộ xử lý: Intel(R) Core(TM)i7-4510U 
 - Tốc độ xử lý: CPU @ 2.0GHz 2.6GHz 
 - Bộ nhớ Ram: 4.00 GB 
 - Ổ cứng: 1T HDD 
 Từ các dữ liệu mô phỏng trên, các kết quả được thể hiện ở chương 4. 
 62 
 CHƯƠNG 3: THIẾT LẬP HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM 
3.1. Chế tạo thiết bị 
 Từ kết quả tính toán thiết kế kết hợp với các mẫu đã được phát triển như mục 
2.2.6 và mục 2.2.7 đã đề cập. Trong nghiên cứu này mười mẫu W150-A/B/C, W200 
và W200-A/B/C/D1/D2/D3 được mô phỏng số bằng phương pháp phần tử hữu hạn 
(FEM – Finite Element Method) như thể hiện ở mục 2.2. Kết quả đã chỉ ra mẫu số 
W150 và W200 là phù hợp nhất về mặt thông số hình học của ống góp và bề dày lớp 
vật liệu, cụ thể các phân tích này được trình bày tại mục 4.1. 
 Hình 3.1 và bảng 3.1 chỉ rõ các thông số hình học của các mẫu từ L32 đến L32/2 
đã được sử dụng để gia công. Trong đó L32 được phát triển bởi W150, một phân tích 
tương tự đã được đề xuất cho L52 xuất phát từ W200. Để so sánh đặc tính truyền 
nhiệt của dòng một pha và hai pha trên cùng một thiết bị, hai mẫu L32/1 và L32/2 đã 
được đưa vào thực nghiệm. 
 Dm 
 S2 
 B 
 S1 S1 
 L Lm 
 S2 
 S2-S2 
 Dg Wm 
 C 
 S1-S1 
 A 
 T 
 W 
 Hình 3.1: Bản vẽ mẫu gia công 
 63 
 Bảng 3.1: Tổng hợp các mẫu thực nghiệm 
 Kích thước của Kích thước của Kích thước kênh micro (mm) 
 Tên 
 substrate (mm) ống góp (mm) Phía hơi Phía nước 
 mẫu 
 L W T Lf Wf Df Lm Wm Dm Lcw Wcw Dcw 
 L32 42 23 0,7 14,5 2,5 0,5 32 0,5 0,5 37 9,5 0,5 
 L52 62 23 0,7 14,5 2,5 0,5 52 0,5 0,5 57 9,5 0,5 
L32/1 46 26,5 1,2 14 3 0,3 32 0,5 0,3 32 0,5 0,3 
L32/2 46 26,5 1 14 3 0,3 32 0,5 0,3 32 0,5 0,18 
 Hình 3.2 là hai mẫu nghiên cứu thực tế đã được sử dụng trong nghiên cứu này. Cả 
hai mẫu được gia công trên bằng phương pháp phay trên máy CNC. Các hình ảnh 
thực tế của mẫu và vị trí đặt cảm biến được thể hiện rõ từ hình 3.3 – 3.5 (Tham khảo 
chi tiết trong phụ lục 1). 
 (a) Mẫu L32 
 (b) Mẫu L52 
 Hình 3.2: Mẫu L32 và L52 
 64 
 Kênh nước giải nhiệt 
 Kênh micro vuông 
 Tấm nhôm 
 Hình 3.3: Chi tiết bố trí kênh nước giải nhiệt với tấm PMMA 
 p
 T4 T1 1 
 Nước giải nhiệt ra Hơi bão hòa vào 
 Các kênh micro 
 PMMA 
 PMMA 
Kênh nước giải nhiệt 
 Thiết bị ngưng tụ 
 kênh micro 
 Nước giải nhiệt vào Nước ngưng ra 
 Keo dán Silicon 
 T3 T2 p2 
 Hình 3.4: Bố trí các kênh đi vào/ ra và vị trí các thiết bị đo 
 65 
 Các kênh micro 
 Vị trí hơi vào 
 Vị trí nước ngưng ra 
 (a) L32 
 Ống trung 
 gian lắp 
 thiết bị đo 

File đính kèm:

  • pdfluan_an_nghien_cuu_dac_tinh_truyen_nhiet_cua_qua_trinh_ngung.pdf
  • pdfTom tat Luan an tieng Anh DOAN MINH HUNG 26-05-2021.pdf
  • pdfTom tat Luan an tieng Viet DOAN MINH HUNG 26-05-2021.pdf
  • docTrang thong tin LA tieng Anh Doan Minh Hung 26_05_2021.doc
  • docTrang thong tin LA tieng Viet Doan Minh Hung 26_05_2021.doc