Luận án Nghiên cứu xác định tính chất nhiệt động và khả năng ứng dụng của một số HFO trong lĩnh vực điều hòa không khía

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT NHIỆT ĐỘNG VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA MỘT SỐ HFO TRONG LĨNH VỰC ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ

Ngành:

Kỹ thuật Nhiệt

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án tập trung nghiên cứu xác định tính chất nhiệt động và khả năng ứng dụng của một số môi chất HFO trong lĩnh vực điều hòa không khí. Bối cảnh nghiên cứu xuất phát từ nhu cầu giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu do khí nhà kính Flo hóa (HFCs) và tìm kiếm các môi chất lạnh (MCL) thân thiện môi trường, hiệu suất năng lượng cao thay thế cho các chất hiện hành như R22 và R134a vốn có chỉ số GWP cao hoặc đang bị loại bỏ.

Mục đích chính của luận án là nghiên cứu các MCL thế hệ thứ tư tiềm năng để thay thế các MCL hiện dùng trong hệ thống điều hòa không khí, đáp ứng tiêu chí giảm ô nhiễm môi trường và nâng cao hiệu quả làm lạnh. Phạm vi nghiên cứu bao gồm các môi chất HFO như R1234ze(E), R1234ze(Z), R1243zf, R1234yf, tập trung xác định bộ số liệu nhiệt động chính xác dựa trên mô hình tương tác phân tử và đánh giá tiềm năng ứng dụng của chúng trong chu trình hệ thống điều hòa không khí, đồng thời kiểm tra thực nghiệm khả năng ứng dụng của R1234ze(E) trong một hệ thống thực.

Công trình đã xây dựng phương pháp và quy trình xác định thông số nhiệt động của môi chất theo lý thuyết tương tác phân tử, bao gồm cả thuật toán tối ưu hóa phi tuyến. Luận án đã xác định bộ thông số đặc trưng trong mô hình tương tác phân tử cho R1234ze(Z) (To = 413,83 K; po = 4,057 mol/l; a = 1,44; Q*2 = 2,756) và R1243zf (To = 326,83 K; po = 4,375 mol/l; a = 1,39; Q*2 = 1,136). Các bộ dữ liệu nhiệt động đầy đủ, chính xác cao cho R1234ze(Z) và R1243zf trong vùng lỏng chưa sôi, đường bão hòa và hơi quá nhiệt đã được thiết lập và kiểm chứng, với sai lệch AAD thấp (ví dụ, áp suất bão hòa R1234ze(Z) là 0,43%).

Kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm chỉ ra rằng R152a, R1234yf, R1234ze(E), R1243zf là các MCL tiềm năng thay thế tốt cho R22 và R134a trong hệ thống điều hòa không khí, trong đó R1243zf được đánh giá là môi chất thay thế tốt nhất do tính chất thân thiện môi trường và hiệu suất COP cạnh tranh. Nghiên cứu thực nghiệm với R1234ze(E) cho thấy khả năng thay thế R134a trong hệ thống làm lạnh nước giải nhiệt gió, dù COP có thể thấp hơn trung bình 7,8%. Luận án cũng nhấn mạnh ảnh hưởng đáng kể của hiệu suất nén và tổn thất áp suất đến hiệu quả biến đổi năng lượng của chu trình.

Ý nghĩa khoa học của luận án là làm sáng tỏ mối liên hệ giữa năng lượng tương tác phân tử và thông số nhiệt động, cung cấp phương pháp xác định thông số nhiệt động. Ý nghĩa thực tiễn là cung cấp bộ số liệu nhiệt động chính xác và xác định các MCL tiềm năng, góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành lạnh và điều hòa không khí.

Mục lục chi tiết:

• MỞ ĐẦU

  • 1. Lý do chọn đề tài
  • 2. Mục đích nghiên cứu
  • 3. Nội dung nghiên cứu
  • 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
  • 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu
    • Ý nghĩa khoa học:
    • Ý nghĩa thực tiễn:
  • 6. Phương pháp nghiên cứu
  • 7. Các kết quả mới của luận án

• Chương 1 – TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG MCLTHAY THẾ

  • 1.1 Các thế hệ môi chất lạnh
  • 1.2 Cơ sở pháp lý và sự cần thiết phải nghiên cứu MCL thế hệ mới
  • 1.3 Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm xác định tính chất nhiệt động cơ bản của môi chất
  • 1.4 Nghiên cứu lý thuyết xác định tính chất nhiệt động tổng thể của môi chất
  • 1.5 Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm chu trình và hệ thống thiết bị chuyển hoá năng lượng
  • 1.6 Phân tích, đánh giá, lựa chọn môi chất lạnh tiềm năng để nghiên cứu và hướng nghiên cứu
  • 1.8 Kết luận chương 1

• Chương 2 – CƠ SỞ LÝ THUYẾT

  • 2.1 Cơ sở lý thuyết mô hình tương tác phân tử
    • 2.1.1 Cơ sở lý thuyết lực tương tác phân tử
    • 2.1.2 Năng lượng tự do Helmholtz
    • 2.1.3 Mô hình toán xác định lực tương tác phân tử
  • 2.2 Cơ sở lý thuyết xác định số liệu nhiệt động dựa trên mô hình năng lượng tương tác phân tử
    • 2.2.1 Cơ sở lý thuyết xác định các thông số nhiệt động
    • 2.2.2 Cơ sở lý thuyết xác định các đại lượng đặc trưng trong mô hình tương tác phân tử
  • 2.3 Cơ sở lý thuyết lựa chọn nghiên cứu môi chất lạnh tiềm năng
    • 2.3.1 Văn bản pháp quy
    • 2.3.2 Sàng lọc và lựa chọn môi chất lạnh tiềm năng
      • 2.3.2.1 Tính chất nhiệt động cơ bản
      • 2.3.2.2 Tác động đến môi trường (ODP, GWP)
      • 2.3.2.3. Tính an toàn (tính độc hại, khả năng cháy)
    • 2.3.3 Xác định tính chất nhiệt động
    • 2.3.4. Đánh giá tiềm năng thay thế
  • 2.5 Kết luận chương 2

• Chương 3 – NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH SỐ LIỆU NHIỆT ĐỘNG CỦA MÔI CHẤT R1234ze(Z) VÀ R1243zf

  • 3.1 Số liệu nhiệt động của môi chất R1234ze(Z)
    • 3.1.1 Số liệu nhiệt động cơ bản của R1234ze(Z)
      • 3.1.1.1 Tính chất chung
      • 3.1.1.2 Dữ liệu thực nghiệm của R1234ze(Z)
    • 3.1.2 Xác định đại lượng đặc trưng trong mô hình tương tác phân tử của R1234ze(Z)
    • 3.1.3 Đánh giá độ chính xác, tin cậy số liệu nhiệt động của R1234ze(Z)
    • 3.1.4 Thông số nhiệt động của R1234ze(Z) trong vùng 1 pha
    • 3.1.5 Thông số nhiệt động của R1234ze(Z) trong vùng 2 pha
    • 3.1.6 Đồ thị Igp-h của R1234ze(Z)
  • 3.2 Số liệu nhiệt động của môi chất R1243zf
    • 3.2.1 Số liệu nhiệt động cơ bản của R1243zf
      • 3.2.1.1 Tính chất chung
      • 3.2.1.2 Số liệu nhiệt động của R1243zf
    • 3.2.2 Xác định đại lượng đặc trưng trong mô hình tương tác phân tử của R1243zf
    • 3.2.3 Đánh giá độ chính xác, tin cậy bộ số liệu nhiệt động của R1243zf
    • 3.2.4 Thông số nhiệt động của R1243zf trong vùng 1 pha
    • 3.2.5 Thông sô nhiệt động của R1243zf trong vùng 2 pha
    • 3.2.6 Đồ thị Igp-h của môi chất R1243zf
  • 3.3 Kết luận chương 3

• Chương 4 – NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT CHU TRÌNH LẠNH SỬ DỤNG MCL TIỀM NĂNG

  • 4.1 Sơ đồ nguyên lý
  • 4.2 Phạm vi nghiên cứu lý thuyết chu trình lạnh
    • 4.2.1 Các chế độ nghiên cứu
    • 4.2.2 Lựa chọn môi chất
  • 4.3 Cơ sở tính toán
  • 4.4 Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới chu trình
    • 4.4.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ bay hơi
    • 4.4.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ ngưng tụ
    • 4.4.3 Ảnh hưởng của hiệu suất nén không thuận nghịch của máy nén
  • 4.5 Đánh giá tiềm năng thay thế của các môi chất nghiên cứu
    • 4.5.1 Môi chất thay thế cho R22
    • 4.5.2 Môi chất thay thế cho R134a
  • 4.6 Kết luận chương 4

• Chương 5 – NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CHU TRÌNH LẠNH SỬ MÔI CHẤT R1234ZE(E)

  • 5.1 Thiết bị thí nghiệm
  • 5.2 Thiết bị đo, thu thập dữ liệu và điều khiển
    • 5.2.1 Thiết bị thu thập số liệu và kết nối máy tính
    • 5.2.2 Hiệu chuẩn cảm biến nhiệt độ, áp suất
    • 5.2.3 Kết nối đồng bộ các thiết bị đo và hiển thị dữ liệu trên máy tính
  • 5.3 Cơ sở tính toán
  • 5.4 Phạm vi nghiên cứu thực nghiệm chu trình lạnh và các bước tiến hành
    • 5.4.1 Chế độ nghiên cứu:
    • 5.4.2 Môi chất nghiên cứu: R134a và R1234ze(E)
    • 5.4.3 Các bước tiến hành thực thực nghiệm
  • 5.5 Nghiên cứu thực nghiệm xác định COP của chu trình lạnh sử dụng R1234ze(E) và chu trình dùng R134a
  • 5.6 Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm chu trình lạnh sử dụng môi chất R1234ze(E)
    • 5.6.1 Nghiên cứu lý thuyết chu trình theo nhiệt độ ngưng tụ, nhiệt độ bay hơi thực nghiệm và hiệu suất nén không thuận nghịch lý tưởng bằng 100%
    • 5.6.2 Nghiên cứu lý thuyết chu trình theo nhiệt độ ngưng tụ, nhiệt độ bay hơi và hiệu suất nén không thuận nghịch thu được từ thực nghiệm
    • 5.6.3 Chu trình tính theo thực nghiệm
    • 5.6.4 So sánh đánh giá hiệu quả biển đổi năng lượng của chu trình lý thuyết và thực nghiệm
  • 5.7 Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ nước lạnh đến COP của chu trình sử dụng môi chất R1234ze(E) và R134a
  • 5.8 Kết luận chương 5

• CHƯƠNG 6 – KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

• Kiến nghị về những nghiên cứu tiếp theo

• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN