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

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH TRUYỀN NHIỆT CỦA QUÁ TRÌNH NGƯNG TỤ TRONG BỘ TRAO ĐỔI NHIỆT KÊNH MICRO

Ngành:

Kỹ thuật cơ khí (Mã số chuyên ngành: 9520103)

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" thuộc chuyên ngành Kỹ thuật cơ khí, tập trung giải quyết nhu cầu cấp thiết về nghiên cứu đặc tính truyền nhiệt trong bộ trao đổi nhiệt kênh micro, đặc biệt là quá trình ngưng tụ. Các nghiên cứu trước đây thường đưa ra kết quả đa dạng và mang tính cục bộ, còn thiếu sự hoàn thiện về trường nhiệt độ, độ giảm áp suất, mật độ dòng nhiệt và hệ số truyền nhiệt cho quá trình ngưng của hơi nước trong kênh micro vuông giải nhiệt bằng nước.

Mục tiêu chung của đề tài là xác định các thông số làm việc của thiết bị ngưng tụ kênh micro thông qua mô phỏng số và thực nghiệm, nhằm cung cấp dữ liệu khoa học cho quá trình thiết kế và vận hành. Các mục tiêu cụ thể bao gồm xác định ảnh hưởng của nhiệt độ, lưu lượng hơi và nước giải nhiệt đến trường nhiệt độ, độ giảm áp suất, mật độ dòng nhiệt và hệ số truyền nhiệt tổng. Đối tượng nghiên cứu là thiết bị ngưng tụ kênh micro vuông, với vật liệu hợp kim nhôm, đường kính thủy lực 500 µm, công suất nhiệt lớn nhất 200W, sử dụng hơi nước bão hòa và nước làm lưu chất giải nhiệt.

Nghiên cứu đã thực hiện tổng quan các công trình liên quan, xây dựng cơ sở lý thuyết và tính toán thiết kế sơ bộ các mẫu thiết bị ngưng tụ kênh micro. Phương pháp mô phỏng số (sử dụng COMSOL Multiphysics 5.2a) đã được áp dụng để đánh giá ảnh hưởng của hình dáng, kích thước ống góp, nhiệt độ hơi bão hòa, kích thước kênh, và lưu lượng hơi đầu vào đến quá trình chuyển pha và hiệu quả truyền nhiệt. Kết quả mô phỏng cho thấy các mẫu W150-A và W200-A với chiều rộng ống góp 2,5mm là phù hợp nhất, quá trình ngưng tụ xảy ra trong khoảng nhiệt độ hơi vào 101-108°C, và biên dạng chuyển pha ít bị ảnh hưởng bởi lực trọng trường.

Bốn mẫu thực nghiệm (L32, L52, L32/1, L32/2) được chế tạo và kiểm chứng. Các kết quả thực nghiệm chỉ ra rằng công suất nhiệt tăng theo lưu lượng hơi, độ giảm áp suất trong trường hợp kênh nằm ngang cao hơn thẳng đứng, và hệ số truyền nhiệt cao nhất của L32 là 6925 W/(m².K). Các kết quả mô phỏng số và thực nghiệm có sự phù hợp cao (sai số dưới 8%).

Những đóng góp mới của luận án bao gồm các kết quả mô phỏng 3D chi tiết cho 10 mẫu kênh micro, phương trình toán học, kỹ thuật phân lưới và chọn lời giải phù hợp, so sánh truyền nhiệt một pha và hai pha, cùng với các dữ liệu thực nghiệm quý giá. Các kết quả này cung cấp nền tảng khoa học cho việc phát triển các thiết bị ngưng tụ công suất lớn và sử dụng các lưu chất khác trong công nghiệp. Hướng phát triển tiếp theo là tập trung vào mẫu L32, nghiên cứu với các lưu chất khác và các hệ thống công suất lớn hơn.

Mục lục chi tiết:

• CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN.
  • 1.1. Giới thiệu về thiết bị trao đổi nhiệt kênh micro
  • 1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
    • 1.2.1. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài
    • 1.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước.
  • 1.3. Tính cấp thiết.
  • 1.4. Mục tiêu đề tài.
    • 1.4.1. Mục tiêu chung.
    • 1.4.2. Mục tiêu cụ thể.
  • 1.5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ..
    • 1.5.1. Đối tượng nghiên cứu
    • 1.5.2. Phạm vi nghiên cứu..
  • 1.6. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu....
    • 1.6.1. Cách tiếp cận
    • 1.6.2. Phương pháp nghiên cứu..
  • 1.7. Nội dung nghiên cứu
• CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT
  • 2.1. Cơ sở lý thuyết về truyền nhiệt và thiết bị trao đổi nhiệt
    • 2.1.1. Các định luật và tiêu chuẩn đồng dạng
      • 2.1.2. Cơ sở lý thuyết về dòng hai pha và thiết bị ngưng tụ kênh micro.
  • 2.2. Tính toán thiết kế thiết bị ngưng tụ kênh micro
    • 2.2.1. Thông số đầu vào.
    • 2.2.2. Xác định đường kính thủy lực và số lượng kênh cho W150 (150 W).
    • 2.2.3. Tính toán nhiệt
    • 2.2.4. Hệ số tỏa nhiệt đối lưu dew phía nước giải nhiệt.
    • 2.2.5. Hệ số tỏa nhiệt đối lưu phía ngưng tụ
    • 2.2.6. Tính toán diện tích trao đổi nhiệt và kích thước kênh micro
    • 2.2.7. Thông số các mẫu thiết kế.
  • 2.3. Mô phỏng số.
    • 2.3.1. Thiết lập mô hình
    • 2.3.2. Các phương trình toán học
      • 2.3.2.1. Dòng chảy lưu chất.
      • 2.3.2.2. Truyền nhiệt.
      • 2.3.2.3. Các phương trình xác định thông số vật lý.
    • 2.3.3. Quá trình mô phỏng
      • 2.3.3.1. Thông số đầu vào.
      • 2.3.3.2. Thông số lưới.
      • 2.3.3.3. Chọn lời giải
• CHƯƠNG 3: THIẾT LẬP HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM
  • 3.1. Chế tạo thiết bị
  • 3.2. Thiết lập thực nghiệm.
    • 3.2.1. Lắp đặt hệ thống.
    • 3.2.2. Quá trình đo lường
    • 3.2.3. Độ chính xác của thiết bị đo..
• CHƯƠNG 4: CÁC KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
  • 4.1. Các kết quả mô phỏng số
    • 4.1.1. Ảnh hưởng hình dáng và kích thước ống góp.
    • 4.1.2. Sự ảnh hưởng thông số hơi ở đầu vào đến quá trình ngưng tụ
    • 4.1.3. Quá trình chuyển pha trong kênh micro..
    • 4.1.4 Ảnh hưởng của hình dáng kích thước kênh micro
  • 4.2. Các kết quả thực nghiệm
    • 4.2.1. Các kết quả thực nghiệm cho mẫu L32.
    • 4.2.2. Các kết quả thực nghiệm cho mẫu L52.
    • 4.2.3. Kết quả thực nghiệm so sánh giữa L32 và L52
    • 4.2.4. Các kết quả thực nghiệm cho mẫu L32/1 và L32/2
• CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
  • 5.1. Kết luận
  • 5.2. Những đóng góp mới.
  • 5.3. Hướng phát triển.
• TÀI LIỆU THAM KHẢO.
• CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ.