Embed Size (px)
Citation preview
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
NGUYỄN HIẾU NGHĨA
NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TRUYỀN NHIỆT-TRUYỀN
CHẤT TRONG BÌNH HẤP THỤ CỦA MÁY LẠNH HẤP
THỤ NH3-H2O LOẠI LIÊN TỤC PHÙ HỢP VỚI
ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM
Chuyên ngành: Kỹ thuật nhiệt
Mã số chuyên ngành: 62520115
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
TP. HỒ CHÍ MINH NĂM 2017
Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Bách Khoa –
ĐHQG-HCM
Người hướng dẫn khoa học 1: GS.TS. LÊ CHÍ HIỆP
Người hướng dẫn khoa học 2: PGS.TS. HOÀNG AN QUỐC
Phản biện độc lập 1:
Phản biện độc lập 2:
Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án họp tại
............................................................................................................
............................................................................................................
vào lúc giờ ngày tháng năm 2017
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
- Thư viện Khoa học Tổng hợp Tp. HCM
- Thư viện Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
1. Q. A. Hoang, H. C. Le and N. H. Nguyen, Evaluation of heat and mass transfer
coefficients in horizontal tube falling film NH3-H2O absorber, 2017
International Conference on System Science and Engineering (ICSSE), Ho Chi
Minh City, Vietnam, 2017, IEEE Xplore, pp. 636-641.
2. Nguyễn Hiếu Nghĩa, Lê Chí Hiệp, Hoàng An Quốc, Phân tích lý thuyết và thực
nghiệm xác định nhiệt độ phát sinh tối ưu của máy lạnh hấp thụ NH3-H2O sản
xuất nước đá, Tạp chí Phát triển khoa học công nghệ - Đại học quốc gia TP.
HCM, số k1, 2017, Tr. 45-52.
3. Nguyễn Hiếu Nghĩa, Lê Chí Hiệp, Hoàng An Quốc, Nghiên cứu thực nghiệm
hoạt động của máy lạnh hấp thụ NH3-H2O loại liên tục, Tạp chí Năng lượng
nhiệt, số 133, 01/2017, Tr. 9-14.
4. N. H. Nguyen, H. C. Le and Q. A. Hoang, Studying optimal generator
temperature of single effect NH3-H2O absorption refrigeration machine for ice-
making, 2016 International Conference on Cogeneration, Small Power Plants and
District Energy (ICUE), Bangkok, 2016, IEEE Xplore, pp. 1-7.
5. N. H. Nguyen, H. C. Le and Q. A. Hoang, Evaluating suitable intake NH3-H2O
solution concentration of absorption system for ice-making, 2016 3rd
International Conference on Green Technology and Sustainable Development,
GTSD 2016 - Kaohsiung, Taiwan, pp. 274-280.
6. Nghia-Hieu Nguyen, Hiep-Chi Le, Quoc-An Hoang, Simulation of absorption
process of the falling film on the horizontal round tube of NH3-H2O pair working
fluid, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, pp. 116-124, 08/2016.
7. Nguyễn Hiếu Nghĩa, Lê Chí Hiệp, Mô phỏng số quá trình hấp thụ của màng chảy
lên ống tròn nằm ngang của cặp lưu chất NH3-H2O, Tạp chí Năng lượng nhiệt,
số 125, Tr. 20-24, 09/2015.
8. Nghia-Hieu Nguyen, Hiep-Chi Le, Quoc-An Hoang, Parameters affecting
analysis to the absorption process of the falling film on the horizontal round tube
of pair working fluid NH3-H2O, Proc. of the 4rd international conference on
sustainable energy, Innovation for a Green Future, Ho Chi Minh City, Vietnam,
2015, pp. 63-71.
9. Nghia-Hieu Nguyen, Hiep-Chi Le, Quoc-An Hoang, Evaluating optimal
temperature of single effect NH3-H2O absorption system for ice-making. Proc. of
the 4rd international conference on sustainable energy, Innovation for a Green
Future, Ho Chi Minh City, Vietnam, 2015, pp.71-78.
10. Nghia-Hieu Nguyen, Hiep-Chi Le, Modeling Single Effect NH3-H2O Absorption
Refrigeration System, Proc. of the 3rd international conference on sustainable
energy, the RISE towards a Green Future, Ho Chi Minh City, Vietnam, 2013, pp.
147-153.
11. Nguyễn Hiếu Nghĩa, Lê Chí Hiệp, Phân tích hiệu suất của máy lạnh hấp thụ
ammonia-nước theo điều kiện tại Tp. Hồ Chí Minh, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số
03, 2013, Tr. 38-46.
12. Nguyễn Hiếu Nghĩa, Nghiên cứu chế tạo máy lạnh hấp thụ loại liên tục để sản
xuất nước đá theo điều kiện tại Việt Nam, Đề tài cấp trường, mã số
IUH.KNL01/16, 2016.
1
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
Tổng quan về nghiên cứu máy lạnh hấp thụ
Tổng quan về nghiên cứu bộ hấp thụ kiểu màng chảy
Đánh giá kết quả các công trình nghiên cứu đã công bố
Lý do chọn đề tài
1.4.1 Tầm quan trọng của bộ hấp thụ
Bình hấp thụ của hệ thống lạnh hấp thụ được biết đến như là thành phần quan
trọng nhất của hệ thống về mặt hiệu suất và chi phí [71]. Diện tích truyền nhiệt
của bộ hấp thụ chiếm khoảng 40% tổng diện tích truyền nhiệt của hệ thống [48].
Chi phí chế tạo hệ thống sẽ giảm đáng kể nếu như diện tích truyền nhiệt của bộ
hấp thụ có thể được giảm bớt bằng cách nâng cao hiệu quả truyền nhiệt-truyền
chất trong bộ hấp thụ.
Bình hấp thụ dạng bọt có hệ số truyền chất khá cao nhờ sự phân phối những bọt
hơi nhỏ làm cho diện tích bề mặt truyền chất được gia tăng [73]. Khó khăn của
bình hấp thụ dạng bọt là tốc độ truyền nhiệt phía dung dịch thấp, kết cấu phức
tạp và chế tạo khó khăn do đòi hỏi công nghệ cao.
Hình 1.1 Các bộ hấp thụ dạng bọt chính
2
Bình hấp thụ dạng màng lỏng thì ổn định khi hoạt động và có hệ số truyền nhiệt
cao nên có thể giảm kích thước bề mặt giải nhiệt [72]. Khó khăn của bình hấp
thụ dạng màng là sự phân phối không đều dung dịch loãng, bề mặt giải nhiệt
không ướt đều, bề mặt giải nhiệt đứng bị chảy dầy. Các vấn đề trên làm cho trở
lực truyền chất-truyền nhiệt tăng ở phía dung dịch.
Hình 1.2 Các bộ hấp thụ dạng màng chính
3
Bộ hấp thụ kiểu màng như hình 1.2f được chọn lựa vì có kết cấu đơn giản, hiệu
suất truyền nhiệt tốt, có thể chế tạo được theo điều kiện công nghệ hiện có tại
Việt Nam mà không cần phải nhập khẩu dây chuyền sản xuất mới.
1.4.2 Phạm vi nghiên cứu
Từ thực tế về dải năng suất sản xuất nước đá hiện có trên thị trường và khả năng
đáp ứng của bơm dung dịch, NCS đã đề xuất ứng dụng cho máy lạnh hấp thụ có
dải năng suất lạnh trung bình từ 30 ÷ 60kW, năng suất làm đá từ 5 ÷ 10tấn/ngày
(khoảng 200kg/mẻ). Đối với dải năng suất lạnh này, năng suất của bình hấp thụ
tương ứng ở trong khoảng từ 52 ÷ 104kW.
Việc nghiên cứu quá trình truyền nhiệt-truyền chất của quá trình hấp thụ trong
bộ hấp thụ để nâng cao hiệu quả thiết bị được thực hiện kết hợp giữa phương
pháp lý thuyết mô phỏng và thực nghiệm kiểm tra. Trong khuôn khổ của luận án
này, NCS đã chế tạo hoàn chỉnh một máy lạnh hấp thụ NH3-H2O có năng suất
lạnh trong khoảng từ 1kW đến 3kW, bình hấp thụ được tập trung nghiên cứu có
kết cấu kiểu màng, dung dịch NH3-H2O chảy trên chùm ống song song có đường
kính 9,6 mm được bố trí nằm ngang.
1.4.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Luận án trình bày các nghiên cứu về quá trình truyền nhiệt và truyền chất trong
bình hấp thụ của máy lạnh hấp thụ NH3-H2O. Trong luận án này, cấu tạo của
bình hấp thụ được lựa chọn sao cho phù hợp với điều kiện công nghệ sẵn có ở
trong nước và đáp ứng nhu cầu sản xuất nước đá thường gặp trong thực tế.
Để thực hiện các nghiên cứu nêu trên, NCS Nguyễn Hiếu Nghĩa đã chế tạo toàn
bộ máy lạnh hấp thụ NH3-H2O cấp nhiệt bằng điện trở với mục đích thiết lập các
chế độ hoạt động ổn định đáp ứng các yêu cầu nghiên cứu dưới góc độ thực
nghiệm. Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm đã được đánh giá/so sánh với các
kết quả tính toán từ chương trình mô phỏng. Bên cạnh đó, các nghiên cứu thực
nghiệm còn được dùng để xác định chế độ hoạt động phù hợp cho toàn bộ hệ
thống theo điều kiện môi trường tại Việt Nam. Nội dung nghiên cứu tiếp cận với
4
các chỉ tiêu về chất lượng của thế giới, đồng thời bám sát tính thực tiễn của Việt
Nam.
Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
1. Phân tích lý thuyết nhiệt động của máy lạnh hấp thụ kết hợp với thực
nghiệm đo đạc trên mô hình thực tế cho mục đích sản xuất nước đá.
2. Xác định nồng độ dung dịch NH3-H2O nạp phù hợp với điều kiện vận
hành và nhiệt độ bay hơi yêu cầu.
3. Công bố được kết quả hoạt động của máy lạnh hấp thụ sử dụng cặp môi
chất NH3-H2O làm việc liên tục để sản xuất nước đá có phạm vi năng
suất nhỏ theo kết cấu phù hợp với điều kiện công nghệ chế tạo và vận
hành tại Việt Nam.
4. Thiết lập được mối tương quan của nhiệt độ phát sinh tối ưu theo nhiệt
độ bay hơi của môi chất lạnh trong bộ bay hơi, ngưng tụ của môi chất
lạnh trong bình ngưng tụ, hấp thụ của dung dịch ra khỏi bộ hấp thụ.
5. Bộ hấp thụ này được gắn cùng với các bộ phận khác của một hệ thống
lạnh để có những điều kiện hoạt động thực. Việc xác định các thông số
ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ trong bộ hấp thụ kiểu màng được thực
hiện trong phạm vi còn đảm bảo cho máy lạnh hấp thụ hoạt động ổn
định.
6. Thiết lập mối quan hệ truyền nhiệt-truyền chất trong bình hấp thụ của
máy lạnh hấp thụ NH3-H2O loại liên tục.
Kết luận
Từ những ưu điểm và tồn tại của các nghiên cứu trước, NCS nhắm đến ý nghĩa
khoa học và thực tiễn:
- Từ thực tế về dải năng suất sản xuất nước đá hiện có trên thị trường và khả
năng đáp ứng của bơm dung dịch, NCS nhắm đến đề xuất ứng dụng cho máy
lạnh hấp thụ có dải năng suất lạnh trung bình từ 30 ÷ 60kW, năng suất làm
5
đá từ 5 ÷ 10tấn/ngày (khoảng 200kg/mẻ). Đối với dải năng suất lạnh này,
bình hấp thụ có dải năng suất tương ứng từ 52 ÷ 104kW được xác định.
- Các kết quả nghiên cứu có thể được dùng để tham khảo khi thiết kế, chế tạo
và vận hành máy lạnh hấp thụ trong điều kiện Việt Nam.
NCS xác định mục đích và đối tượng nghiên cứu:
- Việc nghiên cứu quá trình truyền nhiệt-truyền chất của quá trình hấp thụ
trong bộ hấp thụ để nâng cao hiệu quả thiết bị được thực hiện kết hợp giữa
phương pháp lý thuyết mô phỏng và thực nghiệm kiểm tra. Trong khuôn khổ
của luận án này, bình hấp thụ được tập trung nghiên cứu là bình hấp thụ kiểu
màng với dung dịch NH3-H2O chảy trên chùm ống song song nằm ngang, có
đường kính ống giải nhiệt kiểm tra 9,6mm, tương ứng với năng suất lạnh
trong khoảng từ 1kW đến 3kW.
- Bình hấp thụ này được gắn cùng với các bộ phận khác để tạo nên một máy
lạnh hấp thụ hoàn chỉnh hoạt động theo điều kiện môi trường tại Việt Nam
trong phạm vi nhiệt độ bay hơi của môi chất lạnh trong bộ bay hơi, ngưng tụ
của môi chất lạnh trong bình ngưng tụ, hấp thụ của dung dịch ra khỏi bình
hấp thụ, phát sinh của dung dịch trong bình phát sinh để thực hiện thí nghiệm.
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT HẤP THỤ KIỂU MÀNG CHẢY
Chu trình lạnh hấp thụ
Bộ hấp thụ kiểu màng chảy
2.2.1 Các ảnh hưởng đến hiệu quả truyền nhiệt-truyền chất
Các ảnh hưởng bao gồm kết cấu; chế độ chảy của dung dịch loãng vào các ống
giải nhiệt; lưu lượng, nồng độ, và nhiệt độ dung dịch loãng đến từ bình phát sinh;
hơi NH3 đến từ bình bay hơi; và nước giải nhiệt.
6
2.2.2 Mô hình và phương pháp thí nghiệm
2.2.2.1 Mô hình thí nghiệm
1) Dung dịch loãng và hơi NH3 ngược chiều. Ống giải nhiệt có đường kính
Φ9,6mm bước dọc tối ưu là 20mm; bước ngang 13mm.
2) Diện tích mặt tiếp xúc lỏng hơi lớn do dung dịch loãng nhiễu và lan rộng
trên các ống giải nhiệt.
3) Để tăng sự phân phối đồng đều của dòng dung dịch loãng bằng cách
khoan lỗ Φ1,2mm thẳng hàng; bước lỗ 4mm.
2.2.2.2 Phương pháp thí nghiệm
2.2.3 Phương pháp giải
Bộ hấp thụ chùm ống nằm ngang gồm 180 ống có đường kính ngoài là 9,6mm.
Mỗi ống dài 18cm. Các ống được bố trí song song thành 30 hàng ống. Hàng ống
trên đỉnh và hàng ống ở đáy lần lượt là hàng ống phân phối dung dịch loãng và
Bảng 2.1 Ảnh hưởng lưu lượng dung dịch
Do(mm) Г[kg/(m.s)] Dòng hơi Nước
giải
nhiệt
P(bar) Kết quả
9,6 0,001;
0,005;
0,008;
0,0113;
0,015.
Tùy
thuộc vào
lưu lượng
dung
dịch
loãng
tw = 28 ÷
38oC và
mw = 8 ÷
18l/m
1,5 ÷
2,5
Nhiệt độ dung dịch loãng
vào và đặc ra khỏi bộ hấp
thụ. Nồng độ dung dịch ra.
αf[W/(m2.K]; k[W/(m2.K];
q(W/m2); h(m/s);
mf[kg/(m2.s)].
7
hàng ống phân phối hơi. Các hàng ống giải nhiệt nằm ở giữa được chia thành 8
pass nước [4, 4, 4, 4, 3, 3, 3, 3
(hàng ống)]. Các giả thuyết:
1. Dòng loãng phân bố đều.
2. Dòng dung dịch loãng chảy
tầng, ổn định.
3. Dòng hơi phân bố đều.
4. Nhiệt độ chùm ống giải
nhiệt ổn định.
5. Áp suất trong bình đồng
nhất.
6. Bộ hấp thụ đoạn nhiệt.
7. Nhiệt độ vách ống như nhau trên từng ống đơn.
Từ các giả thuyết trên, mô vật lý 3 chiều trên trở thành 2 chiều được trình bày
như hình 2.2. Dung dịch loãng được
đưa vào tại đỉnh ống, rồi chảy xuống
quanh ống thành màng. Hơi NH3
được hấp thụ vào mặt tiếp xúc của
màng dung dịch. Quá trình hấp thụ
sinh nhiệt. Nhiệt truyền nhiệt qua
vách ống vào nước giải nhiệt và
được nước giải nhiệt chảy trong ống
ngang mang đi. Hướng của dòng
dung dịch chảy dọc theo chu vi ống theo tọa độ x. Bề dày màng dung dịch hướng
từ tâm ống ra theo hướng y. Vị trí của bất kỳ điểm nào trên màng dung dịch đều
xác định được theo các tọa độ 𝜃, y tương ứng.
Hình 2.1 Hình chiếu cạnh của bộ hấp thụ
Hình 2.2 Mô hình vật lý 2 chiều
8
Kết luận
Trong chương 2, NCS trình bày các phân tích cơ sở lý thuyết của chu trình lạnh
hấp thụ và bộ hấp thụ kiểu màng chảy bao gồm:
- Các phương trình cơ bản về thông số nhiệt động của môi chất lạnh NH3 và
của dung dịch NH3-H2O;
- Các phân tích về các ảnh hưởng đến hiệu quả truyền nhiệt-truyền chất của
quá trình hấp thụ;
- Xác định được cấu tạo của bình hấp thụ nghiên cứu và phương pháp giải;
- Định hướng phát triển mô hình toán cho bình hấp thụ kiểu màng chảy trên
chùm ống tròn nằm ngang từ mô hình toán của phần tử thể tích ống kiểm tra;
- Đơn giản hoá phần tử thể tích ống thành mô hình vật lý 2 chiều.
Chọn ống giải nhiệt có đường kính 9,6mm; mật độ phân phối dung dịch loãng
thấp để có được chế độ nhỏ giọt vào ống.
9
CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG HỆ THỐNG VÀ BỘ HẤP
THỤ
Mô phỏng hệ thống
3.1.1 Mô hình toán của hệ thống
3.1.2 Lưu đồ màng của hệ thống
Thông số đầu vào: Nhập các
thông số đầu vào theo điều kiện
nhiệt độ hoạt động của từng bộ
phận: bay hơi, ngưng tụ, hấp
thụ, phát sinh (-20oC < te < 0oC,
28oC < tc < 40oC, 25oC < ta <
40oC, 90oC < tg < 130oC). Năng
suất nhiệt cấp vào bình phát
sinh Qg(kW).
Thuật toán: Tính toán tất cả các
điểm trạng thái.
Dữ liệu đầu ra: Năng suất lạnh
Qe(kW), năng suất bộ ngưng tụ
Qg(kW), năng suất bộ hấp thụ Qa(kW), hệ số hiệu suất nhiệt của máy (COP) và
hiệu suất làm lạnh (COPu). Nồng độ dung dịch đặc Cs, nồng độ dung dịch loãng
Cw, hệ số hồi lưu λ.
Hình 3.1 Lưu đồ thuật toán mô phỏng máy
lạnh hấp thụ NH3-H2O
10
3.1.3 Kết quả mô phỏng
Nhiệt độ dung dịch trong bộ
phát sinh tăng làm cho COP tăng
rất nhanh và đạt cực đại. Nếu
tiếp tục tăng nhiệt độ phát sinh
thì COP giảm. Nhiệt độ bay hơi
càng thấp, hệ thống có nhiệt độ
phát sinh khởi động càng cao,
thì COP cực đại càng thấp. Theo
hình 3.2, tc = 33oC; ta =34oC,
nhiệt độ phát sinh tối ưu đạt
được tg_opt = [97, 106, 111, 116, 122](oC) tương ứng với hệ số hiệu suất nhiệt tối
ưu COPopt = [0,51; 0,476; 0,46; 0,446; 0,433] khi nhiệt độ bay hơi lần lượt là te =
[-5, -11, -14, -17, -20](oC).
Từ mô phỏng sự thay đổi hệ số hiệu suất, nhiệt độ bay hơi yêu cầu là -19oC, nhiệt
độ ngưng tụ và nhiệt độ hấp thụ lần lượt là 33oC và 34oC, nhiệt độ phát sinh là
120oC thì hệ số hiệu suất của máy lạnh hấp thụ sẽ đạt cực đại.
Từ mô phỏng hệ thống tại COP cực đại, nồng độ dung dịch loãng tìm được là
Cws = 0,267; nồng độ dung dịch đậm đặc tìm được là Css = 0,365. Nồng độ dung
dịch hoạt động trung bình trong máy lạnh là 0,316. Vùng dung dịch nạp được
định hướng trong phạm vi 0,295 tới 0,325. Các thí nghiệm để xác định nồng độ
dung dịch nạp phù hợp sẽ được thực hiện trong phạm vi này.
Hình 3.2 COP và nhiệt độ phát sinh tại
các nhiệt độ bay hơi theo mô phỏng
11
Mô phỏng bộ hấp thụ
3.2.1 Mô phỏng phần tử thể tích ống
3.2.1.1 Mô hình toán của phần tử
Các phương trình liên tục, phương trình động lượng, phương trình năng lượng,
phương trình truyền chất của lớp màng dung dịch chảy trên chùm ống được mô
tả 2 chiều [70], [66], [45], [67], [89], [47], [51], [68], [81], [5], [90], [91].
3.2.1.2 Lưu đồ màng của phần tử
Thông số đầu vào: Độ phân
phối dung dịch Г, bán kính
ngoài ống giải nhiệt ro, hệ số
khuếch tán nhiệt aq, hệ số
khuếch tán chất D và nhiệt độ
dung dịch loãng vào Tws_in;
nồng độ dung dịch loãng vào
Cws_in.
Thuật toán: Chu trình tính sẽ
bắt đầu để đi tìm bề dày lớp
màng, các thành phần tốc độ,
nhiệt độ và nồng độ của tất cả
các điểm của lưới của phần tử
ống kiểm tra.
Dữ liệu đầu ra: bề dày lớp
màng δ, vận tốc theo chiều
màng chảy u, vận tốc vuông
góc với màng chảy v, nồng độ
lớp màng C, nhiệt độ lớp màng
T, hệ số truyền chất hm, hệ số
truyền nhiệt k, dòng chất hấp thụ mf, dòng nhiệt hấp thụ qf.
Hình 3.3 Lưu đồ thuật toán cho phần tử thể
tích ống
12
3.2.2 Mô phỏng bộ hấp thụ
3.2.2.1 Mô hình toán của chùm ống
Các ống ngang
được bố trí thành
các mặt thẳng đứng
với nước giải nhiệt
chảy theo từng pass
qua lại trong các
ống như ở hình 3.4.
Các giả thuyết cho
bộ hấp thụ:
1) Từng ống hấp thụ được chia thành các phần tử ống kiểm tra bằng nhau;
2) Nhiệt độ vách của phần tử ống kiểm tra là không đổi;
3) Màng dung dịch phân bố đồng đều dọc theo phần tử ống kiểm tra;
4) Bộ ống đoạn nhiệt với môi trường xung quanh.
Kết hợp các phương trình của dòng màng và các phương trình dòng nước giải
nhiệt chảy trong ống để giải cho từng phần tử ống kiểm tra. Nếu ống thứ n được
chia thành k phần tử. Sau khi có các kết quả hội tụ của một ống, màng dịch sẽ
chuyển động xuống ống phía dưới tiếp theo. Màng dung dịch rời phần tử ống
kiểm tra thứ 1 của ống thứ n đi vào phần tử ống kiểm tra thứ k của ống n+1 với
cùng phân bố nhiệt độ và nồng độ khi rời khỏi phần tử ống kiểm tra phía trên n.
Tương tự như vậy, màng dung dịch rời phần tử ống kiểm tra thứ 2 của ống n vào
phần tử ống kiểm tra k-1 của ống n-1. Quá trình tính này được thực hiện cho đến
khi tất cả các ống trong cùng một cột được tính.
3.2.2.2 Lưu đồ màng của chùm ống
Hình 3.4 Sơ đồ dòng nước giải nhiệt
13
Thông số đầu vào: Số
phần tử kiểm tra của mỗi
ống giải nhiệt k. Nhiệt độ,
lưu lượng, nồng độ dung
dịch loãng vào và ra khỏi
bộ hấp thụ đo được. Nhiệt
độ nước giải nhiệt vào và
ra khỏi bộ hấp thụ đo
được.
Thuật toán: Nhiệt độ
nước giải nhiệt vào bộ
hấp thụ đo được là nhiệt
độ nước vào phần tử ống
đầu tiên. Dự đoán nhiệt
độ ra khỏi phần tử ống
đầu tiên. Nhiệt độ nước
vào phần tử ống thứ 2
chính là nhiệt độ nước ra
của phần tử ống kiểm tra
liền kề trước đó. Các tính
toán được tuần tự tính cho các phần tử ống kiểm tra cho đến khi phần tử ống
kiểm tra cuối cùng của ống đạt được.
Nhiệt độ của nước giải nhiệt vào phần tử ống kiểm tra cuối cùng của ống trên
cũng chính là nhiệt độ ra của phần tử ống kiểm tra đầu tiên của ống dưới kế tiếp.
Các tính toán được tuần tự tính cho các ống phía trên cho đến khi ống trên cùng
của cột ống trong bộ hấp thụ đạt được.
Dữ liệu đầu ra: Nhiệt độ, lưu lượng, nồng độ dung dịch đặc ra, và năng suất của
bộ hấp thụ. Hệ số truyền nhiệt và hệ số truyền chất.
Hình 3.5 Lưu đồ thuật toán cho bộ hấp thụ
14
3.2.3 Kết quả mô phỏng
3.2.3.1 Phần tử kiểm tra
Các hình sau thể hiện các đặc tính động học của màng dung dịch và hiện tượng
truyền nhiệt-truyền chất kết hợp khi dòng dòng hơi NH3 được hấp thụ vào dòng
dung dịch loãng để trở thành dung dịch có nồng độ cao hơn.
Hình 3.6 & 3.7 là phân phối ba chiều của thành phần vận tốc tiếp tuyến dòng
chảy u và thành phần vận tốc vuông góc dòng chảy v. Theo toạ độ không thứ
nguyên ε, màng lỏng đang rơi vào ống nên vận tốc u = 0; nhưng vận tốc v lớn
mang dấu âm vì ngược chiều trục η. Khi đã tạo thành màng trên ống thì thành
phần u xuất hiện và lớn dần, đạt cực đại tại ¼ ống (umax = 0,0504m/s), sau đó
giảm dần và u = 0 khi chảy ra khỏi ống. Theo trục η, Phân bố vận tốc của thành
phần u = 0 tại vách ống, tăng dần, và đạt cực đại cục bộ tại mặt tiếp xúc lỏng hơi.
Ngược lại với u, Thành phần v sau khi vào ống sẽ giảm rất mạnh, sau đó lại tăng
mạnh lúc ra khỏi ống.
Hình 3.6 Vận tốc u (m/s)
Hình 3.7 Vận tốc v (m/s)
15
Hình 3.8 & 3.9 là phân phối ba chiều của trường nồng độ (C), và trường nhiệt độ
(T) trong miền khảo sát là màng dung dịch. Nồng độ của dung dịch loãng khi
chưa vào ống được xem như chưa có hiện tượng hấp thụ nên nồng độ vẫn bằng
nồng độ vào. Nhiệt độ tại mặt tiếp xúc bão hoà theo nồng độ dung dịch, tại vách
ống bằng nhiệt độ vách. Khi hiện tượng hấp thụ xuất hiện thì nồng độ của mặt
tiếp xúc lỏng hơi tăng dần theo trục ε rồi khuếch tán vào phía vách ống theo trục
η. Sự hấp thụ này phát sinh nhiệt làm cho nhiệt độ mặt tiếp xúc lỏng-hơi tăng
theo trục ε. Do chênh nhiệt độ giữa mặt tiếp xúc và vách ống, nhiệt lượng truyền
vào phía vách theo truc η.
Nồng độ trung bình của lớp màng sau khi ra khỏi ống C = 0,3637; tăng 0,0687.
Nhiệt độ trung bình của lớp màng vào ống là 317,6K (44,5oC), Nhiệt độ trung
bình của lớp màng sau khi ra khỏi ống T = 304,843K (31,7oC), giảm 12,8oC.
Nhiệt độ của mặt tiếp xúc lỏng-hơi vào ống là 332K (58oC), Nhiệt độ của mặt
tiếp xúc lỏng-hơi sau khi ra khỏi ống T = 306,5K (33,4oC), giảm 24,7oC. Chênh
nhiệt độ của mặt tiếp xúc lỏng-hơi khi ra khỏi ống so với nhiệt độ vách ống là
3,4oC.
Lưu lượng khối lượng phân phối thay đổi Γ= 0,001; 0,005; 0,008; 0,0113;
0,0146; 0,03[kg/(m.s)]. Các hình 3.10 tới 3.15 và bảng 3.1 thể hiện sự thay đổi
Hình 3.8 Trường nồng độ, C
Hình 3.9 Trường nhiệt độ, T (K)
16
bề dày, vận tốc trung bình cục bộ, nồng độ trung bình cục bộ, nhiệt độ trung bình
cục bộ, hệ số truyền nhiệt lớp màng, hệ số truyền nhiệt, hệ số truyền chất của lớp
màng dung dịch.
Khi lưu lưu lượng giảm thì bề dày lớp màng giảm (hình 3.10), vận tốc tiếp tuyến
dòng chảy u giảm (hình 3.11). Tại ¼ ống theo chiều dòng chảy bề dày lớp màng
đạt cực tiểu, vận tốc lớp màng đạt cực đại.
Khi lưu lượng dung dịch tăng thì nồng độ trung bình cục bộ lớp màng giảm (hình
3.12), nhiệt độ trung bình cục bộ tăng (hình 3.13).
Hình 3.10 Độ dày lớp màng, δ (m)
Hình 3.11 Vận tốc cục bộ trung
bình, ual (m/s)
Hình 3.12 Nồng độ cục bộ trung
bình, Cal
Hình 3.13 Nhiệt độ cục bộ trung
bình, Tal (K)
17
Hình 3.14 trình bày hệ số truyền nhiệt từ mặt tiếp xúc lỏng-hơi vào nước giải
nhiệt chảy trong ống k theo trục ε (x). Các hệ số này tăng ở ¼ đầu của ống và
giảm dần ở ¼ sau cho thấy tốc độ hấp thụ giảm khi hệ số truyền nhiệt giảm. Lưu
lượng dung dịch tăng thì hệ số truyền nhiệt tăng mạnh.
Hình 3.15 trình bày sự thay đổi của hệ số truyền chất theo trục ε (x). Hệ số truyền
chất cao tại vị trí khi dòng dung dịch loãng vừa tiếp xúc với ống; sau đó giảm
nhanh rồi khá phẳng trước khi ra khỏi ống. Khi lưu lượng dung dịch tăng thì hệ
số truyền chất tăng. Nhưng khi tăng lưu lượng dung dịch khá lớn Γ =
0,0146kg/(m.s) trở lên thì hệ số truyền chất tăng rất ít.
Hình 3.14 Hệ số truyền nhiệt
tổng, k [W/(m2 K)]
Hình 3.15 Hệ số truyền chất của
lớp màng, hm (m/s)
Bảng 3.1 Ảnh hưởng lưu lượng dung dịch
Γ[kg/(m.s)] Cal_o Tal_o(K) αiw[W/(m2.K)]
1.0e+03
k[W/(m2.K)]
1.0e+03
hm(m/s)
1.0e-04
0.001 0,3690 303,9 0,7826 0,6578 0,1060
0.005 0,3636 304,8 1,0093 0,8221 0,1304
0.008 0,3589 305,7 1,2060 0,9567 0,1455
0.0113 0,3543 306,5 1,4010 1,0806 0,1600
0.0146 0,3495 307,4 1,6081 1,2068 0,1683
0.03 0,3297 311,1 2,5984 1,7169 0,1816
18
Nhiệt độ vách ống giải nhiệt thay đổi Tw = 311,15; 309,15; 307,15; 305,15;
303,15; 301,15(K).
Khi nhiệt độ nước giải nhiệt giảm thì nồng độ trung bình cục bộ lớp màng tăng
(hình 3.16), nhiệt độ trung bình cục bộ giảm (hình 3.17).
Theo bảng 3.2, nhiệt độ nước giải nhiệt giảm thì nồng độ trung bình lớp màng ra
khỏi ống tăng, nhiệt độ trung bình lớp màng ra khỏi ống giảm. Nhiệt độ nước
giải nhiệt giảm 1oC thì hệ số truyền nhiệt lớp màng tăng 1,2% và hệ số truyền
nhiệt 0,8%; hệ số truyền chất tăng khá 2,7%.
Hình 3.16 Nồng độ cục bộ trung
bình, Cal
Hình 3.17 Nhiệt độ trung bình cục
bộ, T (K)
Bảng 3.2 Ảnh hưởng nhiệt độ nước giải nhiệt
Twall(K) Cal_o Tal_i/Tal_o(K) αiw[W/(m2.K
)] 1.0e+03
k[W/(m2.K)
] 1.0e+03
hm(m/s)
1.0e-04
311,15 0,3298 321,6/315,0 1,4409 1,1165 0,1443
309,15 0,3325 320,6/313,5 1,4823 1,1407 0,1570
307,15 0,3382 319,6/311,4 1,5283 1,1657 0,1693
305,15 0,3440 318,6/309,4 1,5703 1,1878 0,1804
303,15 0,3497 317,6/307,4 1,6070 1,2062 0,1901
301,15 0,3554 316,6/305,4 1,6424 1,2233 0,1989
19
Nồng độ dung dịch vào ống giải nhiệt thay đổi C = 0,28; 0,29; 0,3; 0,31. Các
hình 3.23, 3.24 thể hiện biến đổi của hệ số truyền nhiệt, hệ số truyền chất.
Bảng 3.3 thể hiện sự thay đổi bề dày, vận tốc trung bình cục bộ, nồng độ trung
bình cục bộ, nhiệt độ trung bình cục bộ, hệ số truyền nhiệt, hệ số truyền chất của
lớp màng dung dịch khi thay đổi nồng độ dung dịch.
Theo bảng 3.3, khi giảm nồng độ dung dịch loãng sẽ làm tăng hệ số truyền nhiệt
và hệ số truyền chất tăng mạnh. Nồng độ dung dịch giảm 1% thì hệ số truyền
nhiệt tăng 4,13%, hệ số truyền chất tăng 3,96%.
Hình 3.18 Hệ số truyền nhiệt, k
[W/(m2.K)]
Hình 3.19 Hệ số truyền chất, hm
(m/s)
Bảng 3.3 Ảnh hưởng nhiệt độ nước giải nhiệt
C Cal_o Tal_o(K) αiw[W/(m2.K)]
1.0e+03
k[W/(m2K)]
1.0e+03
hm(m/s)
1.0e-04
0,31 0,3670 303,4 0,9697 0,7825 0,1247
0,30 0,3636 304,8 1,0093 0,8221 0,1304
0,29 0,3569 305,2 1,2060 0,8614 0,1361
0,28 0,3523 306,0 1,4010 0,9001 0,1417
20
3.2.3.2 Bộ hấp thụ kiểu màng chảy
Kết cấu của bộ hấp thụ là các hàng ống giải nhiệt được xếp thành 28 hàng song
song mỗi hàng ống có diện tích là A1 = π.Do.l.n = π.0,0096.0,18.6 = 0,0326m2.
Bộ giải nhiệt này có 8 pass nước [4, 4, 4, 4, 3, 3, 3, 3(hàng ống)].
Các đồ thị sau mô tả quá trình truyền nhiệt–truyền chất trong bộ hấp thụ. Các giá
trị điển hình khi máy lạnh hấp thụ vận hành ở chế độ sản xuất nước đá có lưu
lượng dung dịch loãng là 0,0171kg/s hoặc độ phân phối dung dịch Г =
0,008kg/(m.s); nồng độ dung dịch loãng vào bộ hấp thụ Cal = 29%; nhiệt độ nước
giải nhiệt vào và ra lần lượt là 31oC và 34,2oC.
Hình 3.20 và 3.21 trình bày sự thay đổi của nhiệt độ trung bình của màng dung
dịch chảy xuống từ đỉnh của bộ hấp thụ (hàng ống thứ 28) xuống đáy của bộ hấp
thụ. Trong khi nhiệt độ nước giải nhiệt chảy ngược chiều từ dưới lên. Hệ số
truyền nhiệt hầu như không đổi k = 1043W/(m2.K). Dòng nhiệt hấp thụ giảm dần
từ trên xuống từ 13881 xuống 6225W/m2 và đạt trung bình là qf = 9017W/m2.
Nhiệt độ dung dịch giảm nhanh ở phía đỉnh bộ hấp thụ, sau đó giảm chậm dần
khi xuống đáy bộ hấp thụ do độ chênh nhiệt độ của dung dịch và của nước giải
nhiệt giảm dần. Dòng dung dịch hấp thụ hơi sinh nhiệt. Nhiệt lượng này sẽ được
dòng nước giải nhiệt ngược chiều mang đi nên nhiệt độ của dòng nước giải nhiệt
tăng.
Hình 3.20 Sự biến đổi nhiệt độ và hệ
số truyền nhiệt tổng trong bộ hấp thụ
Hình 3.21 Sự biến đổi nhiệt độ và
dòng nhiệt trong bộ hấp thụ
21
Hình 3.22 và 3.23 trình bày sự thay đổi của nhiệt độ trung bình của màng dung
dịch chảy xuống từ đỉnh của bộ hấp. Hệ số truyền chất hầu như không đổi hm =
1,68665*10^-5m/s. Dòng chất được hấp thụ giảm dần từ trên xuống từ 0,01023
xuống 0,00927kg/(m2.s) và đạt trung bình là mf = 0,00962kg/(m2.s).
Theo mô phỏng, nồng độ dung dịch
loãng vào là 29% và ra là 33,4%.
Nồng độ dung dịch đặc ra chưa đạt
nồng độ bảo hoà 35,4%. Nhiệt độ
dung dịch ra khỏi bình hấp thụ
47oC.
Kết luận
Trong chương 3, NCS đã mô phỏng
được hoạt động của máy lạnh hấp
thụ và mô phỏng được quá trình
truyền nhiệt-truyền chất trong bộ hấp thụ bao gồm:
- Phát triển mô hình toán và viết lưu đồ thuật toán cho sơ đồ thiết kế máy lạnh
hấp thụ.
Hình 3.22 Sự biến đổi nhiệt độ và
hệ số truyền chất trong bộ hấp thụ
Hình 3.23 Sự biến đổi nhiệt độ và
dòng chất hấp thụ trong bộ hấp thụ
Hình 3.24 Sự biến đổi nhiệt độ và
nồng độ dung dịch
22
- Định hướng nồng độ nạp dung dịch trong phạm vi 29,5 ÷ 32,5% từ các nồng
độ dung dịch loãng là Cws = 26,7%, đậm đặc là Css = 36,5% và trung bình
trong máy lạnh là 31,6%.
- Tính toán thiết kế các bộ phận của máy lạnh hấp thụ chế tạo sao cho máy có
thể hoạt động ổn định và đảm bảo được một số thí nghiệm cho bình hấp thụ.
- Phát triển mô hình toán và viết lưu đồ thuật toán cho phần tử thể tích ống
kiểm tra.
- Thể hiện được các đặc tính động học bao gồm vận tốc màng dung dịch (u,
v), độ dày lớp màng (δ) và ảnh hưởng của lưu lượng dung dịch.
- Thể hiện được hiện tượng truyền nhiệt- truyền chất kết hợp khi dòng hơi
NH3 được hấp thụ vào dòng dung dịch NH3-H2O loãng để trở thành dung
dịch NH3-H2O có nồng độ cao hơn bao gồm trường nồng độ (C), trường nhiệt
độ (T).
- Xác định được các ảnh hưởng của lưu lượng dung dịch, nhiệt độ nước giải
nhiệt, và nồng độ dung dịch lên hệ số truyền nhiệt và hệ số truyền chất của
dung dịch.
- Phát triển mô hình toán và viết lưu đồ thuật toán cho bình hấp thụ.
- Thể hiện được các đồ thị mô tả quá trình truyền nhiệt–truyền chất trong bình
hấp thụ bao gồm các sự biến đổi của hệ số truyền nhiệt, dòng nhiệt, hệ số
truyền chất, dòng chất hấp thụ, và nồng độ dung dịch.
23
CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
Xây dựng mô hình thực nghiệm
Các thí nghiệm được tiến hành đo
đạc, thu thập số liệu tức thời tự
động trong nhiều ngày. Các số
liệu nhận từ 24 dụng cụ đo bao
gồm 14 dụng cụ đo nhiệt độ (độ
chính xác 0,5oC), 4 dụng cụ đo áp
suất (độ chính xác 0,5%), 5 dụng
cụ đo lưu lượng dòng lỏng (xuất
xứ Hubacontrol (Thụy sỹ) sai số
0,25%), 01 dụng cụ đo lưu lượng
dòng hơi (phạm vi từ 0 tới 200l/m
độ chính xác +/-3%) tại tất cả các điểm nút cần thiết đưa về tủ nhận dữ liệu bao gồm
bộ chuyển đổi tín hiệu thành tín hiệu điện 4…20mA; bộ độc dữ liệu cảm biến
(PCOE) đưa về Bộ lưu dữ liệu trung tâm (PCO compact) sau đó chuyển vào máy
tính thể hiện giá trị tức thời của hệ thống và lưu trữ liên tục ở dạng file.
Hình 4.1 Bố trí dụng cụ đo
24
Kết quả thí nghiệm
Trong quá trình vận hành máy
lạnh hấp thụ, khi nhiệt độ nước
muối tNaCl cao hơn -3oC thì lưu
lượng dòng hơi NH3 theo thực
nghiệm vào bình hấp thụ ổn
định cao. Sau đó, dòng hơi
NH3 theo thực nghiệm giảm
dần và cắt dòng hơi NH3 theo
lý thuyết tính toán khi nhiệt độ
nước muối khoảng -13oC.
Cuối cùng, dòng hơi NH3 theo
thực nghiệm tiếp tục giảm và đạt ổn định thấp từ -17oC. Do nhiệt độ nước muối
lúc đầu cao, nhiệt cấp cho dòng hơi rất mạnh làm cho dòng hơi từ bộ bay hơi
nhanh chóng bay hơi và đi vào bình hấp thụ liên tục. Khi nhiệt độ nước muối
giảm thì sự cấp nhiệt cho dòng hơi NH3 yếu dần nên lưu lượng dòng hơi NH3
theo thực nghiệm vào bình hấp thụ cũng giảm theo.
Nếu máy lạnh hấp thụ vận hành sản xuất nước đá liên tục thì nước muối sẽ nhận
nhiệt từ nước làm đá liên tục, rồi cấp nhiệt cho dòng hơi NH3 bay hơi ở nhiệt độ
nước muối khoảng -10 ÷ -15oC thì lưu lượng dòng hơi NH3 theo thực nghiệm sẽ
gần bằng dòng hơi NH3 theo lý thuyết tính toán. Bởi vì lý thuyết tính toán không
tính tới sự bay hơi mạnh hay yếu của dòng hơi từ bộ bay hơi do sự cấp nhiệt của
môi trường cần hạ nhiệt.
Hình 4.2 Biến đổi nhiệt độ và lưu lượng
dòng hơi
25
Lưu lượng dòng dung
dịch loãng theo lý thuyết
lớn hơn dòng dung dịch
loãng thực nghiệm. Lưu
lượng dòng dung dịch
đặc theo lý thuyết nhỏ
hơn dòng dung dịch đặc
thực nghiệm. Sai số
trung bình khoảng 13%.
Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch nạp
Để máy lạnh hấp thụ hoạt động đạt hiệu suất cực đại theo điều kiện vận hành,
nồng độ dung dịch nạp vào phải phù hợp. Phân tích thực nghiệm của máy lạnh
hấp thụ NH3-H2O loại liên tục có năng suất cấp nhiệt 3,76kW làm lạnh dung dịch
nước muối 23% từ nhiệt độ môi trường 30°C xuống -18°C. Máy lạnh được điều
khiển hoạt động theo các lưu lượng khác nhau của dòng dung dịch NH3-H2O
loãng cấp và dòng hơi NH3 vào bộ hấp thụ để tìm COP cực đại khi sự hoạt động
ổn định. Nồng độ khối lượng dung dịch nạp trong phạm vi từ 29,5 tới 32,5% đã
được xác định ở mục 3.1.3. Hệ số hiệu suất của máy lạnh hấp thụ COP và hiệu
suất làm lạnh nước muối COPu của máy được tính theo dữ liệu được ghi lại bằng
hệ thống thu dữ liệu máy tính suốt thời gian thí nghiệm.
Dữ liệu kết quả của các thí nghiệm được tính khi máy lạnh hấp thụ đã khởi động
xong và hoạt động ổn định cho đến khi nhiệt độ dung dịch nước muối 93kg xuống
thấp nhất khoảng -20°C. Trong 14 thí nghiệm này, lưu lượng nước giải nhiệt
tổng, qua bộ hấp thụ, bình ngưng, và ống chiết tách lần lượt là V20 = 25l/m; V21
= 16,5l/m; V22 = 8l/m; Vct = 0,8l/m được cố định.
Hình 4.3 Biến đổi của nhiệt độ và lưu lượng dung
dịch
26
Các thông số hoạt động của máy lạnh hấp thụ trong 14 thí nghiệm được tổng hợp
trong bảng 4.1.
Theo bảng 4.1, nồng độ khối lượng dung dịch NH3-H2O nạp trong phạm vi từ
29,5% đến 32,5%. Các đồ thị biểu diễn mối quan hệ của COP và COPu với nhiệt
Bảng 4.1 COP/COPu của các thí nghiệm
Exp. Ci,
(%)
V8 / V13/
V2, (l/m)
20
>tNaCl
≥ 10,
(oC)
10
>tNaCl
≥ 0,
(oC)
0
>tNaCl
≥ -10
(oC)
-10
>tNaCl
≥ tlim (
oC)
20
>tNaCl≥
tlim,
(oC)
Note
1 29,5 1,39/81,72/
1,36
0,393/
0,169
0,406/
0,134
0,406/
0,17
0,405/
0,237
0,403/
0,178
tlim =-17 oC; V8 low and V13
high. (4/08/2016)
2 29,5 0,65/92,21/ 1,11
0,453/ 0,26
0,447/ 0,216
0,432/ 0,13
x 0,444/
0,202
tlim =-9 oC; V8 very low and V13 very high. (6/08/2016)
3 29,5 0,53/86,43/ 0,08
0,431/ 0,22
0,427/ 0,195
0,423/ 0,162
0,422/ 0,088
0,425/
0,166
tlim =-14 oC; V8 very low and V13 high. (10/08/2016)
4 30 0,54/ 83,28/ 11,9
0,45/ 0,228
0,449/ 0,179
0,438/ 0,144
0,425/ 0,113
0,441/
0,167
tlim =-16 oC; V8 very low and V13 high. (11/08/2016)
5 30 1,12/
73,63/ 1,37
0,43/
0,263
0,43/
0,248
0,419/
0,18
0,408/
0,126
0,421/
0,204
tlim =-17 oC; V8 low and V13
low. (31/07/2016)
6 30 0,94/
84,47/ 1,35
0,445/
0,246
0,434/
0,204
0,421/
0,202
0,416/
0,193
0,429/
0,21
tlim =-17,5 oC; V8 low and
V13 high. (28/07/2016)
7 31 1,1/ 79,3/ 1,31
0,432/ 0,263
0,421/ 0,21
0,415/ 0,201
0,404/ 0,228
0,418/
0,21
tlim =-18 oC; V8 low and V13 low. (14/07/2016)
8 31 0,81/ 97,32/ 1,33
0,452/ 0,298
0,445/ 0,26
0,428/ 0,12
x 0,442/
0,226
tlim =-8 oC; V8 low and V13 very high. (15/07/2016)
9 31 2,27/ 72,9/ 2,65
0,412/ 0,308
0,399/ 0,238
0,393/ 0,212
0,389/ 0,102
0,398/
0,215
tlim =-17,5 oC; V8 high and V13 low. (19/07/2016)
10 31 0,78/
77,75/ 1,21
0,438/
0,34
0,444/
0,321
0,437/
0,289
0,425/
0,097
0,436/
0,262
tlim =-18 oC; V8 medium
and V13 suitable medium.
(23/07/2016)
11 31 1,83 / 96,8 / 2,1
0,434/ 0,307
0,426/ 0,272
0,424/ 0,204
0,412/ 0,149
0,424/ 0,233
tlim =-15 oC; V8 medium and V13 high. (25/07/2016)
12 32,5 0,99/ 66/ 1,2
0,429/ 0,173
0,426/ 0,131
0,413/ 0,102
x 0,423/
0,135
tlim =-7 oC; V8 low and V13 very low. (12/08/2016)
13 32,5 2,13/ 61,86/ 2,3
0,329/ 0,156
0,314/ 0,106
0,318/ 0,091
x 0,32/
0,119
tlim =-6 oC; V8 high and V13 very low. (13/08/2016)
14
32
1,81/65,3/
1,91
0,369/
0,22
0,368/
0,161
0,364/
0,155
0,358/
0,071
0,365/
0,154
tlim =-14 oC; V8 high and
V13 very low. (17/08/2016)
27
độ, nồng độ theo thời gian của 14 thí nghiệm để tìm nồng độ nạp phù hợp nhất
của dung dịch NH3-H2O theo điều kiện nhiệt độ nước giải nhiệt tc(oC), ta(
oC); và
theo nhiệt độ bay hơi yêu cầu te(oC).
Theo TN10, hiệu suất nhiệt của máy lạnh hấp thụ COP = 0,436 và hiệu suất làm
lạnh nước muối COPu = 0,262 đạt cao nhất; nhiệt độ nước muối giới hạn tlim = -
18oC. Nồng độ dung dịch nạp là Ci = 31% là phù hợp. Hình 4.4 và 4.5 trình bày
lần lượt hiệu suất nhiệt của máy lạnh hấp thụ COP và hiệu suất làm lạnh nước
muối COPu của TN7 và TN10.
Để có chế độ vận hành ổn định, nguồn
nhiệt phải đáp ứng cho dung dịch NH3-
H2O sôi ở nhiệt độ ổn định theo điều kiện
môi trường giải nhiệt, nhiệt độ làm lạnh
yêu cầu, và năng suất lạnh gọi là nhiệt độ
vận hành phù hợp.
Nhiệt độ trung bình của hơi NH3 rời khỏi
bình phát sinh t5 theo các thí nghiệm từ 1,
6, 10, 13, 14 lần lượt là 123,2; 118,2; 116,6; 107,7; 103,7(°C). Nhiệt độ của hơi
NH3 rời khỏi bình phát sinh t5 theo thí nghiệm từ 1 tăng nhiều nhất và lớn nhất
Hình 4.4 Nhiệt độ, COP theo thí
nghiệm 7
Hình 4.5 Nhiệt độ, COP theo thí
nghiệm 10
Hình 4.6 Nhiệt độ hơi NH3 ra
khỏi bình phát sinh (t5)
28
là do năng suất lạnh sử dụng đang được điều chỉnh ở chế độ thấp hơn năng suất
nhiệt cấp vào. Ở thí nghiệm 10, dòng hơi NH3 và dòng dung dịch lỏng phù hợp
và vừa đủ so với năng suất nhiệt cấp vào của bình phát sinh nên hệ số hiệu suất
của máy lạnh COP = 0,436 và hệ số hiệu suất làm nước đá COPu = 0,262 đều đạt
cao nhất.
Ảnh hưởng của lưu lượng dung dịch loãng đến từ bình phát sinh
Ảnh hưởng của lưu lượng dòng hơi đến từ bộ bay hơi
Ảnh hưởng của nước giải nhiệt
Kết luận
Trong chương 4, NCS xây dựng một quy trình hoàn thiện từ cách bố trí dụng cụ
đo trên máy lạnh hấp thụ, cách thu thập dữ liệu, cách xác định các kết quả ổn
định. Các kết quả đo được phân tích để kiểm tra hiệu suất của máy lạnh hấp thụ
theo điều kiện hoạt động ổn định nhằm:
- Đảm bảo máy lạnh hấp thụ đang hoạt động đúng theo thiết kế ban đầu.
- Đưa các thông số đo đạc tại các điểm nút vào chương trình mô phỏng để xác
định hiệu suất của máy lạnh hấp thụ COP và hiệu suất làm lạnh nước muối
COPu.
- Xác định được nồng độ dung dịch NH3-H2O nạp phù hợp đạt được theo các
thí nghiệm là 31% với hiệu suất của máy lạnh hấp thụ COP = 0,436 và hiệu
suất làm lạnh nước muối COPu= 0,262. Nhiệt độ trung bình của hơi NH3 rời
khỏi bình phát sinh là t5 = 116,5°C. Nồng độ trung bình của dung dịch loãng
và dung dịch đặc lần lượt là 29,14% và 34,11% theo TN10.
- Xác định được các ảnh hưởng của lưu lượng dòng hơi vào bình hấp thụ, nhiệt
độ nước giải nhiệt đến hiệu quả hoạt động của máy lạnh hấp thụ bằng thực
nghiệm.
Máy lạnh hấp thụ được kiểm tra theo ứng dụng nhiệt độ thấp bằng cách hạ dung
dịch nước muối xuống -19oC. Các kết quả đo được sử dụng để đánh giá độ sai
29
lệch của các mô phỏng lý thuyết. Cùng lúc đó, các kết quả đo tạo thành cơ sở dữ
liệu sử dụng cho việc phát triển mô hình sau này. Những dữ liệu định lượng sẽ
được thảo luận ở chương tiếp theo dựa trên các phân tích lý thuyết kết hợp với
thực nghiệm.
CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Chu trình lạnh hấp thụ
5.1.1 Nhiệt độ vận hành hệ thống
Sự thay đổi hệ số hiệu suất nhiệt theo nhiệt độ vận hành dung dịch NH3-H2O
trong bình phát sinh với nhiệt độ bay hơi môi chất lạnh NH3 trong bộ bay hơi,
nhiệt độ ngưng tụ môi chất lạnh NH3 trong bộ ngưng tụ, nhiệt độ dung dịch NH3-
H2O ra khỏi bộ hấp thụ.
Nhiệt độ bay hơi càng thấp thì nhiệt độ
phát sinh khởi động càng cao, COP cực
đại càng thấp. Theo hình 5.1, tc = 32oC; ta
= 33oC. Nhiệt độ phát sinh tối ưu đạt được
tg_opt = [97, 107, 112, 117, 123](oC) tương
ứng với hệ số hiệu suất nhiệt tối ưu COPopt
= [0,5291; 0,4931; 0,4763; 0,46; 0,4456]
khi nhiệt độ bay hơi lần lượt là te = [-5, -
11, -14, -17, -20](oC). Nhiệt độ bay hơi
của môi chất lạnh NH3 giảm 1oC thì COP
giảm 1,1%.
Hình 5.1 COP và nhiệt độ phát sinh
tại các nhiệt độ bay hơi
30
Nhiệt độ ngưng tụ càng thấp, hệ thống có
nhiệt độ phát sinh khởi động càng thấp, thì
COP cực đại càng cao. Theo hình 5.2, te =
-16oC; ta = 33oC. Nhiệt độ phát sinh tối ưu
đạt được tg_opt = [111; 113; 116; 118;
121](oC) tương ứng với hệ số hiệu suất
nhiệt tối ưu COPopt = [0,4768; 0,4711;
0,4654; 0,46; 0,4545] khi nhiệt độ ngưng
tụ hơi NH3 lần lượt là tc = [28; 30; 32; 34;
36](oC). Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất
giảm 1oC thì COP tăng 0,63%.
Nhiệt độ hấp thụ càng thấp, hệ thống
có nhiệt độ phát sinh khởi động càng
thấp, thì COP cực đại càng cao. Theo
hình 5.3, tc = 32oC; ta = -16oC. Nhiệt
độ phát sinh tối ưu đạt được tg_opt =
[109; 111; 114; 116; 119](oC) tương
ứng với hệ số hiệu suất nhiệt tối ưu
COPopt = [0,4771; 0,4714; 0,4665;
0,4606; 0,4554] khi nhiệt độ hấp thụ
của dung dịch NH3-H2O đậm đặc ra khỏi bộ hấp thụ lần lượt là ta = [28; 30; 32;
34; 36](oC). Nhiệt độ hấp thụ dung dịch ra khỏi bộ hấp thụ giảm 1oC thì COP
tăng 0,44%.
Hình 5.3 COP và nhiệt độ phát sinh
tại các nhiệt độ hấp thụ
Hình 5.2 COP và nhiệt độ phát
sinh tại các nhiệt độ ngưng tụ
31
5.1.2 Đánh giá độ sai lệch so với các kết quả thực nghiệm
Theo hình 5.4, hệ số hiệu suất
máy lạnh đang khảo sát khi dung
dịch nước muối được làm lạnh từ
-10oC đến -19oC. Đoạn biểu diễn
COPtheory khi nhiệt độ nước muối
từ nhiệt độ môi trường 30oC tới -
10oC (đường COPtheory không liên
tục) không phải là đoạn kiểm tra.
Đoạn biểu diễn COPtheory khi
nhiệt độ dung dịch nước muối từ
-10oC tới -19oC (đường COPtheory liên tục), COPtheory = 0,43 so với thực nghiệm
COPExp = 0,425, sai số trung bình là 1,2%. Sai số giữa COPtheory và COPExp khi
tNaCl = 30oC ÷ -10oC lớn vì đây là giai đoạn theo lý thuyết máy lạnh hấp thụ làm
việc ở chế độ nhiệt độ làm lạnh cao thì COP lớn trong khi COPExp có được từ chế
độ nhiệt độ làm lạnh thấp (chế độ làm nước đá). COPtheory giảm xuống dần khi
nhiệt độ nước muối giảm và phù hợp với COPExp khi tNaCl = -10oC ÷ -19oC.
Các kết quả dữ liệu mô phỏng máy lạnh hấp thụ NH3-H2O một cấp trong phạm
vi làm nước đá đã được so sánh với các mô phỏng từ nhiều bài báo khoa học
khác trên thế giới như so sánh với [4], sai số là 2% và đường đặc tính COP gần
như trùng nhau. So với [6] thì sai số là 7%. Tương tự, các đồ thị mô phỏng phù
hợp với các tài liệu [78], [92], [93], [85], [86]; mặc dù điều kiện mô phỏng khác
nhau và phạm vi ảnh hưởng nhiệt độ của các bộ phận trong hệ thống cũng không
hoàn toàn tương đương nhưng các kết quả mô phỏng đều tương đồng cho thấy
các kết quả của chương trình là hoàn toàn hợp lý. Độ sai lệch của kết quả mô
Hình 5.4 So sánh COP theo lý thuyết
tính toán và thí nghiệm
32
phỏng máy lạnh hấp thụ NH3-H2O so với các kết quả thực nghiệm được xác định
thông qua hệ số hiệu suất nhiệt của hệ thống (COP).
5.1.3 Nhiệt độ phát sinh tối ưu
Mối tương quan của nhiệt độ phát sinh tối ưu theo nhiệt độ ngưng tụ, hấp thụ,
bay hơi của các bộ phận trong hệ thống được thiết lập bằng phương pháp hồi quy
đa thức. Phương trình được ứng dụng trong phạm vi của nhiệt độ bay hơi của
môi chất lạnh trong bộ bay hơi, ngưng tụ của môi chất lạnh trong bình ngưng tụ,
hấp thụ của dung dịch ra khỏi bộ hấp thụ, phát sinh của dung dịch trong bình
phát sinh lần lượt là (-20oC < te < -10oC, 30oC < tc < 35oC, 30oC < ta < 38oC, 95oC
< tg < 125oC).
tg = 12,6796 – 3,0104*te + 3,0812*tc + 0,0350*te*tc – 0,0103*te^2 – 0,0216*tc^2
(5.1)
tg = 237,3176 + 18,9164*te – 6,0848*tc – 5,9778*ta – 0,6652*te*tc – 0,6449*te*ta
+ 0,2696*tc*ta + 0,0206*te*tc*ta – 0,0103*te^2 – 0,0216*tc^2 – 0,0184*ta^2
(5.2)
Ví dụ: tg, opt = f(te, tc ,ta ) = f(-18, 35, 35)= 123,76 oC.
Bộ hấp thụ kiểu màng chảy
5.2.1 Các ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ của màng chảy
Mối quan hệ của hệ số truyền nhiệt k[W/(m2.K)]; hệ số truyền chất hm(m/s) trong
quá trình hấp thụ với: (i) nồng độ dung dịch Cal trong khoảng từ 28% đến 31%,
(ii) mật độ phân phối dung dịch theo chiều dài Г trong khoảng từ 0,001[kg/(m.s)]
đến 0,03[kg/(m.s)] và (iii) nhiệt độ nước giải nhiệt T trong khoảng từ 301K đến
311K được khảo sát.
33
Nhiệt độ nước giải nhiệt giảm 1oC thì
hệ số truyền nhiệt tăng 0,87%, hệ số
truyền chất tăng 2,72%. Độ phân phối
dung dịch giảm thì hệ số truyền nhiệt
giảm, hệ số truyền chất giảm theo
mong muốn thực tế.
Nồng độ dung dịch giảm 1% thì hệ số
truyền nhiệt tăng 4,13%, hệ số truyền
chất tăng 3,96%. Độ phân phối dung
dịch giảm thì hệ số truyền nhiệt giảm,
hệ số truyền chất giảm theo mong
muốn thực tế.
Độ phân phối dung dịch giảm 1% thì
hệ số truyền nhiệt giảm 1,78%, hệ số
truyền chất giảm 0,77%. Nồng độ dung
dịch giảm thì hệ số truyền nhiệt tăng, hệ
số truyền chất tăng theo mong muốn
thực tế.
Hình 5.5 k và hm theo nhiệt độ
nước giải nhiệt
Hình 5.6 k và hm theo nồng độ dung
dịch
Hình 5.7 k và hm theo độ phân
phối dung dịch
34
5.2.2 Mối quan hệ của quá trình truyền nhiệt-truyền chất
Mối quan hệ của hệ số truyền nhiệt k[W/(m2.K)]; hệ số truyền chất hm(m/s) trong
quá trình hấp thụ với: (i) nồng độ dung dịch Cal trong khoảng từ 28% đến 31%,
(ii) mật độ phân phối dung dịch theo chiều dài Г trong khoảng từ 0,001[kg/(m.s)]
đến 0,03[kg/(m.s)] và (iii) nhiệt độ nước giải nhiệt T trong khoảng từ 301K đến
311K được thiết lập như sau:
k = A + B.ω + C.Г + D.Twall + E.ω.Г – F.ω.Twall + G.Г.Twall + H.ω.Г.Twall + E.ω^2
+ G.Г^2 + K.Twall^2 (5.3)
hm = A + B.ω + C.Г + D.Twall + E.ω.Г – F.ω.Twall + G.Г.Twall + H.ω.Г.Twall +
E.ω^2 + G.Г^2 + K.Twall^2 (5.4)
5.2.3 Đánh giá độ sai lệch so với các kết quả thực nghiệm
Theo hình 5.8, dữ liệu đầu vào bao gồm nhiệt độ ngưng tụ của hơi NH3 (tc =
34,5oC), nhiệt độ hấp thụ của dung dịch NH3-H2O đậm đặc rời khỏi bộ hấp thụ
(ta = 36,6oC), nhiệt độ bay hơi của NH3 trong bộ bay hơi (te = -19oC), năng suất
điện cấp vào Psupply = 3,76kW, nhiệt độ phát sinh của dung dịch trong bình phát
sinh tg = 120oC.
35
Theo tính toán hệ thống, năng suất nhiệt của bộ hấp thụ Qa_compute = 3,299 kW.
Hệ số truyền nhiệt là hàm số của mối
quan hệ của hệ số truyền nhiệt k = f(C;
Г; T) = f(0,308; 0,008; 306,3) =
0,951kW/(m2K). Diện tích bề mặt ống
giải nhiệt của bộ hấp thụ Fa =
π.0,01.(6.0,18.28) = 0,95m2. Nhưng
khi chảy xuống diện tích dính ướt bị
thu hẹp và không đều dần nên diện
tích bề mặt ống giải nhiệt thực là
0,69m2. Nhiệt dung riêng của dòng hơi NH3 Cp_ammo = 2,72kJ/(kg.K). Hệ số phân
phối phụ thuộc vào lưu lượng dung dịch loãng cấp vào ϕГ= 0,6. Theo kết quả mô
phỏng ở hình 5.9 có Qa_sim = 3,620kW.
Sai số giữa tính toán hệ thống Qa_compute so với kết quả thực nghiệm Qa_meas là 1%.
Sai số giữa kết quả mô phỏng Qa_sim so với kết quả thực nghiệm Qa_meas là 10,3%.
Hình 5.8 Giá trị các điểm trạng thái đo được
Hình 5.9 Biến đổi của nhiệt độ và
tải nhiệt bộ hấp thụ
36
Hệ số truyền chất hm từ phương trình hồi quy được sử dụng như giá trị trung bình
để tính cho diện tích truyền nhiệt và truyền chất. Hệ số truyền chất theo phương
trình của mối quan hệ của hệ số truyền chất hm = f(C; Г; T) = f(0,308; 0,009234;
306,3) = 1,611*10^-5m/s.
Theo Sangsoo Lee và cộng sự [7] tìm được hệ số truyền nhiệt k = f(C; Г; P) =
f(0,25; 0,008; 2,5) = 0,88kW/(m2.K) và hệ số truyền chất hm = f(C; Г; P) = f(0,25;
0,008; 2,5) = 1,65*10^-5m/s.
Kết luận
Trong chương 5, những mô phỏng tìm được cho bình hấp thụ cũng như cho cả
máy lạnh hấp thụ được so sánh với các kết quả thực nghiệm. Bên cạnh đó, hệ số
truyền nhiệt và hệ số truyền chất của nghiên cứu này còn được so sánh với các
nghiên cứu khác đều cho thấy sự phù hợp như sau:
Bảng 5.1 Hệ số truyền nhiệt và truyền chất từ những nghiên cứu khác
Phân
tích
Hệ số truyền
nhiệt tổng
k[W/(m2.K)]
Hệ số truyền chất
hm(m/s)
Ghi chú
[1] 545 ÷ 940
Do = 1,575mm; Di = 1,168mm. m = 0,0151 ÷ 0,0266(kg/s); t = 52°C, 81°C; C =
28 ÷ 35(%).
[2] 540 ÷ 1160
Do = 1,575mm; Di = 1,168mm
Г = 0,00138 ÷ 0,005[kg/(m.s)]
[3] 571 ÷ 831
2,1944*10^-5 ÷
3,2222*10^-5
Do = 15,88; 12,7; 9,52(mm).
Sim. Г = 0,008 ÷ 0.05[kg/(m.s)] Exp. Г = 0,0143 ÷ 0,0303[kg/(m.s)]
[5]
852 mf = 0,01453kg/(m2.s)
mf = 0,01847kg/(m2.s)
m = 0,0095 ÷ 0,0191(kg/s); t = 39,8 ÷ 49,7(K);
C = 39,6%.
[7]
753 ÷ 1853 0,55*10^-5 ÷
3,31*10^-5
Do = 9,5mm
Nghiên
cứu này
807,6 ÷
1359,9
1,461*10^-5 ÷
1,867*10^-5
Cin = 30%; Tw = 306,3K; Г = 0,005 ÷
0,015[kg/(m.s)]
37
- Các đường cong hiệu suất của máy lạnh hấp thụ thể hiện trong phạm vi khảo
sát của nhiệt độ bay hơi từ -20oC đến -5oC, nhiệt độ ngưng tụ từ 28oC đến
36oC, nhiệt độ hấp thụ từ 28oC đến 36oC; COP của hệ thống giảm 1,1% khi
nhiệt độ bay hơi của môi chất lạnh giảm 1oC; COP của hệ thống tăng 0,63%
và 0,44% khi lần lượt nhiệt độ ngưng tụ của môi chất giảm 1oC và nhiệt độ
hấp thụ dung dịch ra khỏi bình hấp thụ giảm 1oC.
- Mối tương quan của nhiệt độ phát sinh tối ưu theo nhiệt độ bay hơi của môi
chất lạnh trong bộ bay hơi trong khoảng từ -20oC đến -10oC, nhiệt độ ngưng
tụ của môi chất lạnh trong bình ngưng tụ trong khoảng từ 30oC đến 35oC,
nhiệt độ hấp thụ của dung dịch ra khỏi bình hấp thụ trong khoảng từ 30oC
đến 38oC được thiết lập.
- Sai số giữa tính toán hệ thống Qa_compute so với kết quả thực nghiệm Qa_meas
là 1%. Sai số giữa kết quả mô phỏng (từ mối quan hệ của hệ số truyền nhiệt
k) Qa_sim so với kết quả thực nghiệm Qa_meas là 10,36%.
- Mật độ phân phối dung dịch 1 giảm (%) thì hệ số truyền nhiệt giảm 1,78%,
hệ số truyền chất giảm 0,77%. Nhiệt độ nước giải nhiệt giảm 1oC thì hệ số
truyền nhiệt tăng ít 0,87%, hệ số truyền chất tăng khá 2,72%. Nồng độ dung
dịch giảm 1% thì hệ số truyền nhiệt tăng 4,13%, hệ số truyền chất tăng
3,96%.
- Mối quan hệ của hệ số truyền nhiệt k[W/(m2.K)] (5.3) và hệ số truyền chất
hm(m/s) (5.4) của quá trình hấp thụ với: (i) nồng độ dung dịch Cal trong
khoảng từ 28% đến 31%, (ii) mật độ phân phối dung dịch theo chiều dài Г
trong khoảng từ 0,001[kg/(m.s)] đến 0,03[kg/(m.s)] và (iii) nhiệt độ nước
giải nhiệt T trong khoảng từ 301K đến 311K được thiết lập.
CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận
Máy lạnh hấp thụ
38
1. Chương trình mô phỏng máy lạnh hấp thụ được khẳng định là phù hợp với
mô hình thực về mặt thiết kế và vận hành.
2. Ở chế độ sản xuất nước đá, hiệu suất của máy lạnh hấp thụ giảm mạnh theo
nhiệt độ bay hơi khi nhiệt độ nước muối giảm tNaCl = -16°C trở xuống.
3. Nồng độ dung dịch NH3-H2O nạp phù hợp đạt được theo các thí nghiệm là
31% với hiệu suất của máy lạnh hấp thụ COP = 0,436 và hiệu suất làm lạnh
nước muối COPu = 0,262.
4. Trong phạm vi khảo sát của nhiệt độ bay hơi từ -20oC đến -5oC, nhiệt độ
ngưng tụ từ 28oC đến 36oC, nhiệt độ hấp thụ từ 28oC đến 36oC; COP của hệ
thống giảm 1,1% khi nhiệt độ bay hơi của môi chất lạnh giảm 1oC; COP của
hệ thống tăng 0,63% và 0,44% khi lần lượt nhiệt độ ngưng tụ của môi chất
giảm 1oC và nhiệt độ hấp thụ dung dịch ra khỏi bình hấp thụ giảm 1oC.
5. Mối tương quan của nhiệt độ phát sinh tối ưu theo nhiệt độ bay hơi của môi
chất lạnh trong bộ bay hơi trong khoảng từ -20oC đến -10oC, nhiệt độ ngưng
tụ của môi chất lạnh trong bình ngưng tụ trong khoảng từ 30oC đến 35oC,
nhiệt độ hấp thụ của dung dịch ra khỏi bình hấp thụ trong khoảng từ 30oC
đến 38oC được thiết lập.
Bộ hấp thụ kiểu màng
1. Lưu lượng khối lượng phân bố Γ = 0,005kg/(m.s). Thành phần vận tốc u xuất
hiện và lớn dần, đạt cực đại tại ¼ ống (umax = 0,0504m/s) lúc này thành phần
vận tốc v nhỏ nhất và bề dày lớp màng đạt cực tiểu δmin = 0,0096*10^-3m
theo chiều dòng chảy. Nồng độ trung bình của lớp màng sau khi ra khỏi ống
C = 0,3637; tăng 0,0687. Nhiệt độ trung bình của lớp màng sau khi ra khỏi
ống T = 304K (31oC), giảm 12,8oC. Nhiệt độ của mặt tiếp xúc lỏng-hơi sau
39
khi ra khỏi ống T = 306,54K (33,4oC), giảm 25,6oC. Chênh nhiệt độ của mặt
tiếp xúc lỏng hơi khi ra khỏi ống so với nhiệt độ vách ống là 3,4oC. Hệ số
truyền nhiệt của lớp màng αiw = 744W/(m2.K), và hệ số truyền nhiệt từ mặt
tiếp xúc lỏng-hơi vào nước giải nhiệt chảy trong ống k = 640W/(m2K). Hệ số
truyền chất trung bình hm = 1,4699*10^-5m/s theo trục ε (x).
Trong phạm vi của: nồng độ dung dịch Cal = 28 ÷ 31(%); Độ phân phối dung
dịch theo chiều dài Г = 0,005 ÷ 0,015[kg/(m.s)]; Nhiệt độ nước giải nhiệt tw = 28
÷ 38(oC).
2. Khi lưu lượng dung dịch tăng thì nồng độ trung bình cục bộ lớp màng giảm,
nhiệt độ trung bình cục bộ tăng. Hệ số truyền nhiệt tăng mạnh, hệ số truyền
chất tăng nhưng khi tăng lưu lượng dung dịch khá lớn Γ = 0,0146kg/(m.s)
trở lên thì hệ số truyền chất tăng rất ít.
3. Khi tăng lưu lượng dung dịch loãng sẽ làm tăng hệ số truyền nhiệt đáng kể,
hệ số truyền chất tăng nhẹ. Mật độ phân phối dung dịch giảm 1% thì hệ số
truyền nhiệt giảm 1,78%, hệ số truyền chất giảm 0,77%.
4. Nhiệt độ nước giải nhiệt giảm thì nồng độ trung bình lớp màng ra khỏi ống
tăng, nhiệt độ trung bình lớp màng ra khỏi ống giảm. Nhiệt độ nước giải
nhiệt giảm 1oC thì hệ số truyền nhiệt tăng ít 0,87%, hệ số truyền chất tăng
khá 2,72%.
5. Khi giảm nồng độ dung dịch loãng sẽ làm tăng hệ số truyền nhiệt và hệ số
truyền chất tăng mạnh. Nồng độ dung dịch giảm 1% thì hệ số truyền nhiệt
tăng 4,13%, hệ số truyền chất tăng 3,96%.
40
6. Mối quan hệ của hệ số truyền nhiệt k[W/(m2.K)] (5.3) và hệ số truyền chất
hm(m/s) (5.4) của quá trình hấp thụ với: (i) nồng độ dung dịch Cal trong
khoảng từ 28% đến 31%, (ii) mật độ phân phối dung dịch theo chiều dài Г
trong khoảng từ 0,001[kg/(m.s)] đến 0,03[kg/(m.s)] và (iii) nhiệt độ nước
giải nhiệt T trong khoảng từ 301K đến 311K được thiết lập.
Kiến nghị
1. Nghiên cứu tận dụng các nguồn nhiệt thải, nguồn năng lượng tái tạo như đốt
than, cũi cấp nhiệt cho máy lạnh hấp thụ phục vụ mục đích làm lạnh ở các
khu vực khác nhau trên toàn quốc.
2. Các nghiên cứu nâng cao hiệu quả truyền nhiệt và truyền chất thường thực
hiện cho các bình hấp thụ bình hấp thụ dạng màng lỏng, dạng bọt, và dạng
màng lỏng và dạng bọt kết hợp. Các bình hấp thụ này được gắn cùng với các
bộ phận khác của một hệ thống lạnh để có những điều kiện hoạt động thực
cần được tiếp tục nghiên cứu mở rộng.
3. Việc xác định các thông số ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ trong bình hấp
thụ dạng màng và dạng bọt kết hợp cần được tiếp tục nghiên cứu chuyên sâu.
Bảng 6.1 Các ảnh hưởng đến k và hm
Biến k[W/(m2.K)] hm(m/s)
Г giảm 1% giảm 1,78% giảm 0,77%
tw giảm 1oC tăng 0,87% tăng 2,72%
C giảm 1% tăng 4,13% tăng 3,96%
