Nghiên cứu quá trình truyền nhiệt truyền chất và các giải pháp tiết kiệm năng lượng680

B Ộ GIÁO DỤ C VÀ ĐÀO T Ạ O

TRƯ NG Đ Ờ Ạ I H C BÁCH KHOA HÀ NỘI Ọ

VŨ HUY KHUÊ

NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TRUYỀN NHIỆT TRUYỀN CHẤT VÀ

CÁC GI I PHÁP TI Ả Ế T KIỆ M NĂNG LƯ Ợ NG

TRONG LẠNH ĐÔNG CÁ THU

Chuyên ngành: : Kỹ thuật nhiệt

Mã số: 62520115

TÓM TẮT

NGƯỜ I HƯ Ớ NG DẪ N KHOA H C: Ọ

1 TS: NGUYỄN XUÂN TIÊN

2 GS.TSKH: TRẦN VĂN PHÚ

Hà Nội – 2015

Hi st xa b là mt trong nhng nhóm thy hi sn có giá tr kinh t cao nht, bao gm các mt

cá thu, cá ng trích, cá cng nm cách xa b,

o qun duy nht cho nhóm ng này là làm lnh c bin ti nhà máy

và tái co qu nâng cao chng, gim hao ht khi c b o qun, vic xây dng b d liu v thành phn, v tính cht nhit vt lý ca sn phm và ch  cù là ht sc cn thit S  bi i tính cht ca thc phm khi ct quá trình lý hóa rt phc tp S gim nhi ca thc phm xung di nhi âm s khin dung dch lng bên trong thc phm chuyn thành dng rn Quá trình chuyn pha s i hoàn toàn tính cht nhit vt lý ca sn phm Các nghiên cu trên th gii hin nay ch mi c tính cht nhit vt lý ca mt s ít sn phi vi các sn phm khác, các nhà nghiên cu ch ng di giá tr có tính chng vi sai s có th t trong nhng lý do dc tìm kim d liu vào cho quá trình tính toán, thit k và vn hành h thng lnh hp lý, góp phn nâng cao chng, gim hao ht sn phm và tit king trong quá trình c i quygi t v t ra  trên tác gi la chn

ng  tài lun án là thông qua: Nghiên cu quá trình truyn nhit truyn cht, tìm kim các gii pháp tit king trong lông mt loi hi sn ph bin có giá tr cao là cá thu

- Xây dng mô hình mô phng quá trình làm lnh cn ng ca truyn cht, kt qu

mô ph vi kt qu thc nghim

- Xây dng, hoàn thin phn mm nh tính cht nhit vt lý, mô phnh thi gian ng nhi khi c sn xut ch bin có th s dng phn mm d dàng

- Nghiên c u ng ca quá trình truyn cht trong quá trình cy sn, thc nghim 

 hao ht khng khi ccá thu

- Nghiên cu ng ca mt s yu t n quá trình c là     cp

lý vi cá thu   sn xut thc ti pháp tit king trong quá trình c

 ch bin thc phm cc bit là công ngh  ch bin lnh còn rt nhiu hn ch

và bt cp T l tn tht sn phm sau thu hoch khá cao, ví d i vi rau qu khoi vi ch bin thy sn khong 20% Chng các sn ph t khu b hn ch

n 2001-a thy sn vào GDP chung toàn qung t 3,1% Bình quân thy sn gii quyt công c làm cho khoy sn cung cp thc phm cho trên 80 trii dân Viy sng khong t 39,3-42,86% tng sng thc phm, góp phn quan trng trong vim bo an ninh thc ph ng quc gia

Nhy sng trong chuyn du kinh t ngành nông nghiu sn xut nông, lâm, thu sn chuyn dt, chng,

hiu qu, giá tr gn vi th  v kinh t, phát trin thy ssâu sc v an ninh quc phòng

1.1.2  

Vit Nam c xp hng trong 10 nhà cung cp ln nht, và sn phm thy sc xut kh u quc gia trên toàn th gi Theo tng cc thng kê,  Vit Nam gc nhiu thành công vi itng st 5.918,6 ngàn tn và thu v 6,8 t USD [2]

Cho ti nay   nghiên cu nào mang tính h th v c này Chúng ta

 tay v tính cht nhit vt lý ca thy sng loi thy sn

n rt l hoàn thin công ngh làm lnh và cy sng thm bo c hai tiêu chí (im bo chng ca thy sn (ii) s dng hng

Mc dù trong thi gian gt mnh m c này Tháng 6/2013 B Khoa hc và Công ngh khánhthành phòng thí nghim công ngh CAS (Cell Alive System)- Công ngh bo qung[10], bn cht CAS là công ngh kt hp làm ln t kt hp v bo qun sn phng  công ngh này ng d ng hiu qu   Vi t nam thì cn phi tip tc nghiên cu

ng quan trp công nghip m cao nên tht ca cá thu d

i, chóng b phân hy và có th gây ng c nm này ca cá Thu khin cho yêu cu v k thut c nên rt kht trong nhng yu t quan trng trong vic la chn

cá tng nghiên cu ca lun án

 gii h ) nêu trên, Tri tích di s  Jo i, s dng s  ca bài toán dn nhit và bài toán dn m tng quát Vi cách tip cn này, mt s các bài toán ca quá trình sy du vi t chc gii quyt

1.2.1.2

Quá trình cc phm có nhit Trong quá trình cy ra hing bin ti mt ph   n mà tn tng ca các hi là pha không liên tc, mc trong thc phng chim t70% Quá trình chuyn pha t c phm din ra trong khong nhi rng bu t nhi n gn nhi không tuyi Mt khác do xi nhit liên hp gm (i) dn nhit không  nh trong lòng thc phi nhia b mt thc phm và

ng làm lng nhi ca thc phm là không u Dn ti mi mt phân t ca

(1.6)

thc phm có mt nhi ng vt nhit vt lý (Cp(T); (T); bit Vì vy h 6) có tính phi tuyn rõ rt

Vì nhng lý do nêu trên, trong các nghiên cu ki nay bài toán mô phng quá trình

i nhit-i cht trong cc phm s suy bin v n nhit không nh có ngun nhit bên trong có k i cht

C T ( ) ( ) T T r( , ) ( ) T T r( , ) q r( , ) (h mi i)

Quá trình cc phm luôn luôn gn lin vi quá trình truyn chu t quan trng nh

ng trc tin ht khng và chng thc phm Dn nhit không phi nhit duy nht, c thc hin thông qua vic khuch tán vt cht Thành phn này

c biu ding nhit vii dng entanpi là dng rút gn c(1.8) [75]

t hwmw

(1.8)

hw và mwlà entanpi và dòng khch tán ca thành phc bên trong thc phm

c trên b mt thc ph m u t c trong thc phm b c  nh và quá trình khuch tán bên trong s giing bng l i m lúc này di

Nc t th n trên b mt thc phm s ng crHing này ch din ra trong 1 lp rt mng trên b mt thc phm, gi hing mc trên b mt sn ph Dehydration u

ông thnh g quá trình dehydration này

 c p ng ca quá trình truyn cht là không l mô phng quá trình truyn cht trong quá trình cc phm bng lý thuyt ca các nhà khoa h u kin Vit Nam là khó có th thc hic Do chúng ta không th xây dc mô hình cho h s khuch tán

m hiu dng (Dw) ca vt liu

 ng ca truyn cht phng bán thc nghinim enthalpy trung bình s c s d ng nhit n sinh ra do s ht khng trong quá trình c



 trên, trong thc phc cn nhit và truyn cht cùng xy ra

ng thi Tuy nhiên, do quá trình truyn cht xy ra v thc bii vi các thc phc

t, cá), phn ln các tác gi  xut b qua ng ca quá trình truyn cht Lúc này quá trình c thun túy là quá trình dn nhit

Khi b qua quá trình khuch tán vt cht bên trong và trên b mt khi thc phc ccn nhit thun nhit phi tuyn do vt cht là

ng chng, tính cht nhit vt lý ca mi theo nhitrình vi phân dn nhit (Carslaw and Jaeger, 1959) mô t quá trình lc phm vit cho phân t có to  r , thm  

T(r, )

C(T) (T) (T) T(r,τ) q(r, ) (1.10)

(1.7)

(1.9)



C(T)  Nhit dung riêng ph thuc vào nhi ca thc phm, kJ/kg.K

 Khng riêng ph thuc vào nhi ca thc phm, kg/m3

 H s dn nhit ph thuc vào nhi ca thc phm, W/m.K

q(r Lng nhit do ngun nhit trong sinh ra do s chuyn pha cc trong phân t ph thuc vào ta

 và thi gian, W/m3

 Nhi ca phân t ph thuc vào t và thi gian, K

 ng nhi ca thc phm l vic gii b xung

u kiu ki bao gm  u kiu kin biên[6]: 

u kiu: Cho bit phân b ng nhi ti thu

in

T( , τ = 0) = T ( ) r r (1.11)

u kin biên: Trong bài toán làm lnh và cc phm, ch yu gu kin biên loi 3 hou kin biên liên hu kin biên loi 4)

u kin biên long hp b mt thc phm tip xúc trc tip vng làm lnh

và quy lut truyn nhit gia b mc

Khi nghiên cu quá trình dn nhit bên trong thc phm, các nhà nghiên cng rt nhiu các

 gii bài toán trên, song có th  

c da trên gi thuyt quá trình chuyng, s chuyn pha và gii phóng nhit n ra nhi    ng thi tn ti b mt phân pha gia

 nhit vc ly là hng s i tích gii bài toán lni ting nht là ca Plank.R (1913)

2 f

Plank

T T (1.13)

 dng nhiu gi thit gn kt qu tính toán không xát vi thc t (sai s

n 50-70% khi d i gian c  phát trin nhng mô hình thc nghim d doán thi gian ci bt là công thc ca Q.T.Pham (1986a) [22,70,72], Rewtov [22], Hung, Thompson [22]

, c v mt thut toán và v mt lp trình ng dng

3

n t hu h  chính xác toán hc cao nht, cho phép gic các bài toán rt nhiu chiu, phi tuyt toán phc tp, khó thc hi tích hu hn, vm là thun, có kh i quyc bài toán vi phân phi tuyng hình hc phc tc la chn

  gi i h n nhit trong thc phm c c trình bày chi tit trong phn tip theo ca lun án da theo thut toán ca Onhishenko V.P.[31]

ice wo

f

x x

    i Leniger& Beverloo (1975) và Charm (1978) [27,51] Schwartzberg (1976,1981),

  xui tin phát trin mô hình xác

nh nhit dung riêng 

Thc t  m ka thc phm, dòng nhit ta ra t sn phm bao gm: nhit hi thay

ng nhi và nhit i dc d

 Trong lun án này s dng mô hình cng phái Trumak I.G-Onhishenko V.Pc xây d lý thuyt coi thc ph nhin cân bng có bin pha[31,33,66]

Khng riêng ca thc phm ph thuc ch yu vào thành phn thc phm và nhi Thc phm

c coi là mt h nhiu pha Trong lun án s  d ng mô hình ca Choi & Okos (1986 nh khng riêng ca thc pht thành phn khng ca chúng:



Hin nay, có nhinh h s dn nhit khác nhau  nh h s dn nhit Mô hình

nh h s dn nhi t xu  chính xác, mt s tác gi khác

Levy (1981) phát trin mô hình

nh h s dn nhit t mô hình ca Maxwell Trong khuôn kh lun án này tác gi dùng mô hình ca Vi (2000)[67 nh h s dn nhit c trình b y p theo



(1.32)

i vi thy sn ca Vi nào nghiên cu ng ca quá trình truyn cht trong quá trình ci mô hình cc xây d n nhit không nh Do vy vic nghiên cu m ng ca truyn cht là rt cn thit và t mi có th khc có th b qua ng ca truyn cht, ch n yu t truyn nhit trong quá trình cy sn hay không

Mô hình mô phng quá trình cc xây d h n nhit phi tuyn không nh kt hp vu kin biên loi ba  tích hu hn vi thu

 hi t ca Trumak I.G- OnhishenkoV.P[31,33c s dng trong lu gii h t quá trình truyn nhit không nh xi vi cá thu trong quá trình c

Trong các nghiên cu xây dng mô hình mô phng tính cht nhit vt lý ca thc phm tác gi chn cách tip cn cng phái Chumak I.G & Onhishenko V.P.[31,32,33], d coi thc pht h nhin, cân bng và có chuyn pha theo nhi Cách tip cn này cho kt qu c lý thuyt cht ch  tác gi trình by mô hình nh các thông s nhit vt lý ca thc phm

Nghiên cu lý thuyt kt hp vi nghiên cu thc nghim

Nghiên cu lý thuyt truyn nhit có xét ti ng ca truyn cht trong quá trình cnh

ng ca quá trình truyn ch l hao ht khng trong quá trình cThu

Phát trin và phát trin mô hình hoàn chnh ng vt lý gm: h s dn nhit dung riêng Cp(t), kha cá thu trong di nhi -400n 400 nhng nghiên cu lý thuyt mi nht ca các tác gi khác trên th gii

Xây dng phn mnh tính cht nhit vt lý trong di nhi -40 ÷ 400C

Xây dng mô hình mô phng quá trình ccá thu vu kin biên loi 3 và i bài toán dgi n nhit phi tuyn không ng chng b tích hu hn

Thc nghim so sánh kt qu tính toán thông qua mô hình vi s  li u thí nghim cá thu ti phòng thí nghim t  chính xác c ng dng khác S dng mô hình và phn mm nghiên c u ng ca các thông s , t gió ti thi gian cc phm, t t s gii pháp tit king cho h thng lnh

Ni dung chính ca lun án gm :

- La chn và phát trin hoàn chnh các thông s nhit vt lý ca cá thu trong di nhi rng (-400C ÷ 400C)

- Nghiên cu quá trình truyn nhin ng ca truyn chc nghi hao ht ca sn phm trong quá trình c ng thc nghim là cá thu

Qua phân tích  tác gi thy rng vn còn mt s hn ch trong các mô

, t   n các kt qu tính toán có sai s ln  tác gi2  s dng nhng mô hình m tin c nh tính cht nhit vt lý ca cá t hu phc v cho vic nghiên cu xây dng mô hình toán hc mô phng nhi và thi gian c  p theo

Trong thc phm cha nhiu long hp thc phm kn này bao gm: t  - icec liên kt (xb), u) Nu coi tng

u là xwo:

xwo = xu+ xice+ xb (2.1)

2.1.2 

Công thc nh t l a Tchigeov (1979)[92] c Fikiin (1996)[37,38] 

i nhiu loi thc phm trong di nhi rng Chính vì vy, lun án la chn công thc Tchigeov làm công thnh t l c phm c

2.1.3 

ng nhit dung riêng hiu dng Ce c Chumak- Onhishenko [33,93    n nh

ng ca c nhi t n và nhit hin trong quá trình làm lnh c  n nhit tng quát ca quá trình lc phm 1.7, q(r,τ) c coi là lng nhit do ngun nhit trong sinh ra

do s chuyn pha cc trong phân t ph thuc vào ta  và thi gian[85]

d

d T L T

x

T L T

x

V

T L V

T x

VQr

lim

.

.

lim

lim ,

q wo (2.3)

 2.3 8, ta :

, ) ( ,

) ( ) ( ) (

, )

( ) ( ,

) (

, ) (

)

(

r T T r

T T dT

d T L x T C

r T dT

d T L T x r T T r

T T T

C

wo

wo

(2.4) Nt: C Te ( ) C T ( ) x L Two ( )d

Khi c  c trong thc ph nhit n chuyn pha,

 công thc tính nhit dung riêng hiu dc la Choi & Okos (1986)[30]:

CHO CHO fi fi as as fa fa p p w

wo

i i i p

e

CxCxCxCxCx

C

x

CxTC

T

C

)(

)

(

(2.6) 2.1.3.2

Nc trong thc phm b  trong thc phm ph thuc vào nhing thi trong biu thc nhit dung riêng hiu dng có xut hin thành phn nhit n chuyn pha cc Nhit dung riêng hiu dc xác nh theo công thc:

d T L x T

dT (2.11) 2.1.4 Entanpi

Xut phát t công thnh nhit dung riêng hiu dng theo nhi 2.6 và 2.11, c xác

y h s dn nhit hiu dng ca thc phc thc hic sau [66]:

c tính toán theo thuc mô t 

nh h s dn nhit i T ca thành phn t th i theo bng 2.3

c 2: nh h s dn nhit hiu dng L Ti ca h phn t bao quanh phn t i theo công thc 2.17

c 3nh h s dn nhit Ki ca h cu thành t hai phn t: thành phn th i ( i, Vi) và thành phn còn li (L ,1 Vi i) theo 2.18

nh h s dn nhit hiu dng ca toàn h theo công thc 2.19

ng nghiên cu ca lun án là tcá hu Vit Nam Loài cá này ch có mt vài s  li c nghim ti mt s nhi khác nhau v tính cht nhit vt lý nên r tin cy Tác gi la chn mt s loi cá bic tính gn vi cá thu  ki chính xác ca mô hình xánh tính cht nhit vt lý Các loi cá này bao gm: cá ng, cá hi, vcá c, cá tuyt Ngoài ra, tác gi còn kim chng vi tht bò, các thc phm này n các tính cht nhit vc công b trong mt s bài báo quc t và ASHARE 2010

2.3.2  

Hình 2.7: S

t

 sai lch gia kt qu c nghim và kt qu tính toán lý thuyt khá nh (cao nht là 4% vi tht bò

và 12% i vi cá tuyt và cá v sai lch chp nhc do cng nht và s

ng ca thành phn khu xung quanh giá tr trung bình



Hình 2.10

Các s liu thc nghic hiu nm  vùng nhi  âm sâu Kt qu tính toán ca mô hình và thc nghim g Sai s ti nhc và mô hình là khong 1% Ti vùng lân cm nhi bu kt dung riêng hiu dt ngi gim xung nhanh chóng là do trong vùng này t l t ngt dn n nhit c thc hin hing chuyn pha rt ln Sau khi nhi  gi a t l c

m d m nhigi , dn nhit dung riêng hiu dng gim dn Khi nhi thc phm nh  bu kng 10oC, t l i rt chm theo nhi,

ng c a n nhit chuyn pha gim dn và nhii ch gim nhi

S i ca entanpi theo nhi n nhi n nhit

 nm  lân ci nhi bu kn nhi âm sâu Sai s gia kt qu tính toán và

mô hình là khong 3%

n Vi nhi lân ci nhi bu k s dn nhit ngt do s xut hin ca thành phi 0oC, h s dn nhit cn gp 3,9 ln so v c dng lng) Sai s gia thc nghim và tính tính toán ln nh t là 7% 

Kt qu tính cht nhit vt lý theo nhi ca cá thu

Thông số nhiệt vật lý của cá thu trong dải nhiệt độ (t= -400C đến 400C) xwo= 72,02 %, xp = 15,82%,

xfa = 6,48%, xas = 1,18%, xcho =4,50% tf =-2,2oC

T, [K] t, [oC] Tỷ lệ nước

đóng băng, %

Khối lượng riêng, [kg/m3]

Hệ số dẫn nhiệt, [W/mK]

Enthalpy tính toán, [kJ/kg]

Nhiệt dung riêng, [kJ/kgK]

Qua nhng s u tính toán và thli c nghi th chúng ta nhn thy các tính cht nhit v

i rõ rt

Khong nhi t 5on 40oC là khong nhi trong thc phm không có bii pha do vy tính cht nhit vc thc nghii d dàng, các kt qu thc nghim vi chính xác, sai s khong 5%

Trong khong nhi t -5on 5oC, các tính cht nhit vt lý ca thc phm có s bit ngt Nguyên nhân là trong khong nhi c trong thc phm bu chuyn pha t lng sang rn và xut hin mng nhit gii phóng ra gi là nhit n chuyn pha Nhit ngt, h s dn nhit

n gp 4 ln cc

Trong khong nhi t -5on -40oC tính cht nhit vt lý ca thc phi theo quy lut, trong khong nhi c trong thc phy nhit n chuyn pha ca