(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu mô phỏng đặc tính truyền nhiệt của bộ làm mát kênh Mini thay thế két giải nhiệt xe máy

(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu mô phỏng đặc tính truyền nhiệt của bộ làm mát kênh Mini thay thế két giải nhiệt xe máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu mô phỏng đặc tính truyền nhiệt của bộ làm mát kênh Mini thay thế két giải nhiệt xe máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu mô phỏng đặc tính truyền nhiệt của bộ làm mát kênh Mini thay thế két giải nhiệt xe máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu mô phỏng đặc tính truyền nhiệt của bộ làm mát kênh Mini thay thế két giải nhiệt xe máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu mô phỏng đặc tính truyền nhiệt của bộ làm mát kênh Mini thay thế két giải nhiệt xe máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu mô phỏng đặc tính truyền nhiệt của bộ làm mát kênh Mini thay thế két giải nhiệt xe máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu mô phỏng đặc tính truyền nhiệt của bộ làm mát kênh Mini thay thế két giải nhiệt xe máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu mô phỏng đặc tính truyền nhiệt của bộ làm mát kênh Mini thay thế két giải nhiệt xe máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu mô phỏng đặc tính truyền nhiệt của bộ làm mát kênh Mini thay thế két giải nhiệt xe máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu mô phỏng đặc tính truyền nhiệt của bộ làm mát kênh Mini thay thế két giải nhiệt xe máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu mô phỏng đặc tính truyền nhiệt của bộ làm mát kênh Mini thay thế két giải nhiệt xe máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu mô phỏng đặc tính truyền nhiệt của bộ làm mát kênh Mini thay thế két giải nhiệt xe máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu mô phỏng đặc tính truyền nhiệt của bộ làm mát kênh Mini thay thế két giải nhiệt xe máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu mô phỏng đặc tính truyền nhiệt của bộ làm mát kênh Mini thay thế két giải nhiệt xe máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu mô phỏng đặc tính truyền nhiệt của bộ làm mát kênh Mini thay thế két giải nhiệt xe máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu mô phỏng đặc tính truyền nhiệt của bộ làm mát kênh Mini thay thế két giải nhiệt xe máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu mô phỏng đặc tính truyền nhiệt của bộ làm mát kênh Mini thay thế két giải nhiệt xe máy(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu mô phỏng đặc tính truyền nhiệt của bộ làm mát kênh Mini thay thế két giải nhiệt xe máy

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

TP Hồ Chí Minh, ngày 07 tháng 03 năm 2017

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Nguyễn Văn Phương

3 Trong quá trình thực hiện trình bày luận văn sẽ không thể tránh khỏi những thiết sót, rất mong nhận được sự góp ý và thông cảm từ Quý Thầy Cô, và các Bạn

Xin chân thành cám ơn!

bộ làm mát kênh mini được sản xuất dễ dàng hơn, giảm chi phí sản xuất khoảng

40 % so với bộ làm mát truyền thống Ba trường hợp đã được thực hiện để xác định nhiệt độ đầu ra với điều kiện hoạt động thay đổi Kết quả thực nghiệm và mô phỏng đã cho thấy hiệu quả truyền nhiệt đạt được từ bộ làm mát kênh mini bằng hoặc cao hơn kết quả đạt được từ bộ làm mát truyền thống Các kết quả đạt được phù hợp với những nghiên cứu liên quan đã công bố Nghiên cứu này cũng thể hiện tính khả thi của việc thay thế bộ làm mát kênh mini cho két nước truyền thống trên xe máy

ABSTRACT

OF ALTERNATIVE MINICHANEL HEAT EXCHANGER FOR

MOTOCYCLE RADIATOR

In this study, the effects of mass flow rate and temperature on innovative cooling system of a motorcycle using rectangular minichannel heat exchanger were investigated by simulation and experiments The size of the minichannel heat exchanger is reduced by 20%, made it easier to manufacture, and cut down its cost

by approximately 40% compared to the original cooling system Three cases were carried out to determine the change of outlet temperature with variation of operating conditions The experimental and numerical simulation results show that the heat transfer efficiency obtained from the minichannel heat exchanger is higher than or equal to that obtained from the original radiator In addition, the obtained results are

in good agreement with relevant publications The study also illustrated the feasibility

of the minichannel heat exchanger that can be replaced for the conventional motorcycle radiator

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

CẢM TẠ ii

TÓM TẮT iii

ABSTRACT iv

MỤC LỤC v

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮC VÀ KÝ HIỆU viii

DANH SÁCH CÁC HÌNH x

DANH SÁCH CÁC BẢNG xii

Chương 1 GIỚI THIỆU 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.2 Các kết quả nghiên cứu liên quan ngoài nước 3

1.3 Các kết quả nghiên cứu liên quan trong nước 7

1.4 Mục tiêu nghiên cứu 10

1.5 Cách tiếp cận 10

1.6 Phương pháp nghiên cứu 10

1.7 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 11

1.8 Nội dung nghiên cứu 11

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT NGHIÊN CỨU 12

2.1 Mô hình toán học 12

2.2 Mô phỏng số 14

2.3 Hệ thống làm mát động cơ xe gắn máy 15

2.3.1 Mục đích của hệ thống làm mát 15

2.3.2 Nhiệm vụ hệ thống làm mát 16

2.3.3 Yêu cầu hệ thống làm mát xe gắn máy 17

2.3.4 Thực trạng của hệ thống làm mát 17

2.4 Hệ thống làm mát bằng gió và dung dịch trên xe gắn máy: 18

2.4.1 Hệ thống làm mát bằng gió: 18

2.4.2 Hệ thống làm mát bằng dung dịch 19

2.5 Tính toán hệ thống làm mát 20

2.5.1 Xác định nhiệt từ động cơ truyền cho nước làm mát 20

2.5.2 Tính thiết kế két nước 20

2.6 Hệ thống giải nhiệt xe máy Yamaha Exciter 23

2.6.1 Két giải nhiệt: 23

2.6.2 Bơm ly tâm 26

2.6.3 Nắp két giải nhiệt 27

2.6.4 Van hằng nhiệt 28

Chương 3 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM 30

3.1 Thiết lập mô phỏng và mô hình thực nghiệm 30

3.1.1 Thiết lập mô hình mô phỏng 30

3.1.2 Thực nghiệm trong phòng thí nghiệm truyền nhiệt 32

3.3 Thực nghiệm trên xe máy Yamaha Exciter 34

3.2 Kết quả mô phỏng 36

3.2.1 Kết quả mô phỏng với lưu lượng 10 g/s 36

3.4.2 Kết quả mô phỏng với lưu lượng 15 g/s 37

3.4.3 Kết quả mô phỏng với lưu lượng 20 g/s 38

3.5 So sánh kết quả mô phỏng số, kết quả thực nghiệm trong phòng thí nghiệm

và thực nghiệm trên xe Yamaha Exciter 39

3.5.1 Kết quả so sánh với lưu lượng 10 g/s 39

3.5.2 Kết quả so sánh với lưu lượng 15 g/s 40

3.5.3 Kết quả so sánh với lưu lượng 20 g/s 41

3.6 Kết quả kiểm tra công suất động cơ khi thay đổi két giải nhiệt 42

Chương 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 43

4.1 Kết Luận 43

4.2 Kiến nghị 43

TÀI LIỆU THAM KHẢO 45

PHỤ LỤC 50

Phụ Lục 1: Bảng số liệu thực nghiệm lưu lượng 10g/s nhiệt độ dung dịch thay đổi từ 70 oC - 78.1 oC 50

Phụ Lục 2: Bảng số liệu thực nghiệm lưu lượng 15g/s nhiệt độ dung dịch thay đổi từ 75 oC - 83.3 oC 54

Phụ Lục 3: Bảng số liệu thực nghiệm lưu lượng 20g/s nhiệt độ dung dịch thay đổi từ 75oC -83.3oC 58

Phụ Lục 4: Mô phỏng bằng Comsol Multiphysics 5.2a 61

Phụ Lục 5: Bài báo khoa học đã được đăng ở hội nghị SEATUC 2017 76

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮC VÀ KÝ HIỆU

L : Chiều dài kênh mini, mm

m : Lưu lượng khối lượng, kg/s

NTU : Chỉ số truyền nhiệt đơn vị

Qlm : Nhiệt lượng của động cơ truyền cho nước (J);

α1 : Hệ số tỏa nhiệt từ nước làm mát đến thành ống (W/m2.độ);

λ : Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống dẫn nhiệt (W/m.độ)

δ : Chiều dày của thành ống (m);

α2 : Hệ số tản nhiệt từ thành kênh vào không khí (W/m2.độ);

F1 : Diện tích bề mặt tiếp xúc với nước nóng (m2);

F2 : Diện tích bề mặt tiếp xúc với không khí (m2);

tδ : Nhiệt độ trung bình của bề mặt trong và ngoài của thành ống;

tδ2 : Nhiệt độ trung bình của bề mặt trong và ngoài của thành ống;

tn : : Nhiệt độ trung bình của nước làm mát trong bộ tản nhiệt

t : Nhiệt độ trung bình của không khí đi qua bộ tản nhiệt

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 1.1: Két nước Xe Exciter bị biến dạng lá tản nhiệt 2

Hình 1.2: Sự phân bố năng lượng trong xe 4

Hình 1.3: Mẫu thiết kế áo nước đầu xylanh 5

Hình 1.4: Mẫu két nước kênh mini xe tay ga 8

Hình 1.5: Mẫu áo nước xylanh có xẻ rãnh 9

Hình 2.1: Hệ thống giải nhiệt bằng gió 18

Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý hệ thống làm mát xe máy 19

Hình 2.4: Quan hệ của hệ số truyền nhiệt với vận tốc không khí 22

Hình 2.6: Hệ thống giải nhiệt xe máy Yamaha Exciter 24

Hình 2.5: Nguyên lý hoạt động hệ thống giải giải nhiệt bằng dung dịch 23

Hình 2.7: Cấu tạo két nước giải nhiệt xe Yamaha Exciter 25

Hình 2.8: Cấu tạo bơm nước giải nhiệt 26

Hình 2.8: Nắp két nước 27

Hình 2.9: Nơi thay thế dung dịch giải nhiệt 28

Hình 2.10: Van hàng nhiệt 28

Hình 2.11: Nguyên lý hoạt động van hằng nhiệt 29

Hình 2.12: Đặc tính làm việc của van hằng nhiệt 29

Hình 3.1: Bản vẽ bộ làm mát kênh mini 3D 30

Hình 3.3: Bộ giải nhiệt kênh mini trong môi trường mô phỏng 31

Hình 3.2: Bản vẽ bộ làm mát kênh mini 2D 31

Hình 3.4: biểu diễn sơ đồ bố trí thiết bị thí nghiệm 33

Hình 3.5: Thực nghiệm tại phòng thí nghiệm truyền nhiệt 32

Hình 3.6: Bộ cảm cảm biến nhiệt độ 33

Hình 3.7: Máy tính ghi lại dữ liệu nhiệt độ 34

Hình 3.8 : Két giải nhiệt kênh mini lắp trên xe thực tế 34

Hình 3.9: Nhiệt độ dung dịch trong kênh mini với lưu lượng 10 g/s 36

Hình 3.10: Nhiệt độ dung dịch trong kênh mini với lưu lượng 15g/s 37

Hình 3.11: Nhiệt độ dung dịch trong kênh mini với lưu lượng 20 g/s 38

Hình 3.12: Sự so sánh kết quả mô phỏng số, kết quả thực nghiệm trong phòng thí nghiệm và trên xe Yamaha Exciter trong trường hợp lưu lượng 10g/s 39

Hình 3.13 Sự so sánh kết quả mô phỏng số, kết quả thực nghiệm trong phòng thí nghiệm và trên xe Yamaha Exciter trong trường hợp lưu lượng 15g/s 40

Hình 3.14 Sự so sánh kết quả mô phỏng số, kết quả thực nghiệm trong phòng thí nghiệm và trên xe Yamaha Exciter trong trường hợp lưu lượng 20g/s 41

Hình 3.15: Kết quả thử mô-men, công xuất động cơ giữa két nước truyền thống và bộ làm mát kênh mini 42

Hình PL4.1: Chọn model mô phỏng 61

Phụ Lục 4.2: Chọn lời giải Laminar 62

Hình PL4.3: Chọn mô hình giải 62

Hình PL4.7: Mô hình kênh mini 65

Hình PL4 8: Mô hình kênh mini 66

Hình PL4 9: Chọn dung dịch cho khối lỏng 66

Hình PL4.12 Nhập T_in 68

Hình PL4.13 Nhập giá trị cho mục Convective heat flux 69

Hình PL4.14 Thiết lập module dòng chảy 70

Hình PL4.15 Thiết lập Inlet 70

Hình PL4.16 Chọn biên cho Inlet 71

Hình PL4.17 Thiết lập lưu lượng khối lượng 71

Hình PL4.19: Hình ảnh sau khi Build all 73

Hình PL4.20: Thiết lập quá trình giải 73

Hình PL4.22: Biểu đồ hội tụ quá trình mô phỏng 74

Hình 2.23 Kết quả sau khi mô phỏng trong comsol 75

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 1: Độ chính xác dụng cụ đo 32 Bảng 2: Độ chính xác dụng cụ đo thực nghiệm 326 Bảng 3: Phụ Lục 1: Bảng số liệu thực nghiệm lưu lượng 10 g/s nhiệt độ dung dịch

thay đổi từ 70 oC - 78.1 oC 50

Bảng 4: Phụ Lục 2: Bảng số liệu thực nghiệm lưu lượng 15 g/s nhiệt độ thay đổi từ

75 oC - 83.3 oC 54

Bảng 5: Phụ Lục 3: Bảng số liệu thực nghiệm lưu lượng 20 g/s 58

nhiệt độ thay đổi từ 75 oC - 83.3 oC 58

Chương 1 GIỚI THIỆU

1 1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Ngày nay, sự gia tăng của phương tiện giao thông cá nhân đặc biệt là xe gắn máy ở các thành phố khu vực châu Á rất nhanh chóng, trong đó có thành phố Hồ Chí Minh và Hà Nội ở Việt Nam Phương tiện xe máy với nhiều ưu điểm phù hợp với đại

đa số người dân từ sinh viên đến công nhân, nhân viên văn phòng… như giá thành hợp lý, phù hợp với khoảng cách di chuyển ngắn, nhỏ gọn phù hợp với không gian chật hẹp trong thành phố đông đúc Xe tay ga với hệ thống truyền động vô cấp

(Continuously Variable Transmission - hay hộp số có tỷ số truyền biến thiên vô cấp)

ngày càng phổ biến nhờ thiết kế với kiểu dáng đẹp, vận hành đơn giản Đối với dòng

xe sử dụng truyền động bằng hộp số truyền thống thì cũng cần phải tăng dung tích động cơ và bố trí lại động cơ để có thiết kế phù hợp với thị hiếu người tiêu dùng Nhưng những vấn đề trên làm phát sinh ra một vấn đề cần giải quyết đó là giải phóng lượng nhiệt nhiều hơn phát sinh từ quá trình đốt cháy nhiên liệu của động cơ tại buồng đốt

Và để giải phóng lượng nhiệt cho động cơ xe gắn máy có hai giải pháp: giải nhiệt bằng không khí và giải nhiệt bằng dung dịch Với giải nhiệt bằng không khí thì không khí sẽ được dẫn hướng vào thân máy, tại thân máy được chế tạo với các cánh tản nhiệt để tăng hiệu quả trao đổi nhiệt và lượng gió sau làm nóng sẽ di chuyển ra phía sau Hoặc dùng quạt gió được dẩn động từ động cơ để tạo luồng gió cưỡng bức thổi vào máy với những xe tay ga có máy ở phía sau xe mà gió tự nhiên khi xe di chuyển không thể di chuyển qua được vì bị che chắn bởi lớp áo xe Hệ thống giải nhiệt bằng gió đơn giản, không yêu cầu bảo trì, bảo dưỡng thường xuyên và phức tạp tuy nhiên hiệu quả giải nhiệt thấp nên không thể đảm bảo điều kiện tối ưu cho động cơ làm việc trên những xe có động cơ được che phủ và giấu kín sau lớp áo Để

khắc phục những nhược điểm trên của hệ thống giải nhiệt bằng gió thì hệ thống giải nhiệt bằng dung dịch với nhiều ưu điểm như dễ thiết kế áo bên ngoài vì động cơ được

bố trí linh động hơn, tiết kiệm không gian, ngày càng được sử dụng rộng rải cho dòng xe tay ga, dòng xe số có công xuất lớn và động cơ được bố trí gọn

Tuy nhiên điểm yếu nhất của hệ thống giải nhiệt bằng dung dịch là két làm mát, đó là phần dễ hỏng và biến dạng nhất trong quá trình vận hành bởi ngoại lực gây biến dạng và thủng gây rò rỉ dung dịch làm mát gây mất khả năng giải nhiệt của hệ thống Các cánh tản nhiệt tiếp xúc với ống dẫn dung dịch là hàn đính nên không dẫn nhiệt tốt từ ống để truyền vào không khí Để dự phòng trường hợp gió không đủ cung cấp cho bộ giải nhiệt thì nhà sản xuất có kèm theo một quạt nhỏ chạy điện để hỗ trợ Các thiết kế bộ trao đổi nhiệt hiện tại vẫn dừng ở kết cấu dạng ống ovan nên kích thước vẫn còn lớn và giá thành thay thế cao

Hình 1.1: Két nước xe Exciter bị biến dạng lá tản nhiệt

Từ những nhược điểm trên, công nghệ truyền nhiệt kênh mini sẽ hứa hẹn nhiều hiệu quả trong trường hợp cần giảm kích thước và nâng cao hiệu quả truyền nhiệt của

hệ thống giải nhiệt xe gắn máy

Do đó đề tài “nghiên cứu mô phỏng đặc tính truyền nhiệt của bộ làm mát kênh mini thay thế két giải nhiệt xe máy” được thực hiện

1.2 Các kết quả nghiên cứu liên quan ngoài nước

Về ảnh hưởng của số pass đến quá trình truyền nhiệt của bộ trao đổi nhiệt kênh mini, Byun và Kim [1] đã nghiên cứu bộ trao đổi nhiệt kênh mini bằng phương pháp thực nghiệm với sơ đồ cùng chiều có hai hàng/ bốn pass

Yadav và Singh [2] đã phân tích so sánh các chất giải nhiệt khác nhau trên kênh nước xe ô tô Khot và Santosh [3] đã sử dụng phần mềm mô phỏng số học CFD

để đánh giá và nhận xét tính năng của hai áo nước làm mát khác nhau của động cơ Diesel 6 xylanh thẳng hàng Nhiệt độ dầu của động cơ có thể được điều khiển bằng cách cải tiến thiết kế phù hợp trong hệ thống làm mát đã được thực hiện bởi Singh cùng cộng sự [4]

Dang cùng cộng sự [5,6] đã nghiên cứu nâng cao hiệu quả truyền nhiệt đã nghiên cứu nâng cao hiệu quả truyền nhiệt của bộ trao đổi nhiệt kênh mini bằng việc tăng số pass Trong nghiên cứu này khi số pass tăng từ ba đến năm thì nhiệt lượng của bộ trao đổi nhiệt tăng Tuy nhiên, kết quả trong nghiên cứu này chưa nghiên cứu tối ưu số pass củng như chỉ số hoàn thiện và tổn thất áp suất của các bộ trao đổi này

Paul cùng cộng sự [7] đã nghiên cứu dùng không khí để giải nhiệt cho động

cơ bằng cách giả định tập hợp các cánh là vành khuyên gắng trên xylanh Agarwal cùng với cộng sự [8] đã nghiên cứu truyền nhiệt bằng phương pháp mô phỏng số bởi phần mềm CFD

Tổng quan về các kết quả nghiên cứu thiết bị tản nhiệt và trao đổi nhiệt kênh mini/micro một pha được thực hiện bởi T Dixit và I Ghosh [9] Đánh giá đặc tính dòng hai pha trong các kênh mini cho bộ trao đổi nhiệt nhỏ gọn đã được thực hiện bởi Masiukiewicz và Anweiler [10]

Dixit và Ghosh [11] đã nghiên cứu bộ trao đổi nhiệt mini với dòng cắt nhau Dang và Teng [12] đã so sánh các đặc tính truyền nhiệt và tổn thất áp suất của các bộ trao đổi nhiệt kênh mini và micro kết hợp phương pháp mô phỏng số và thực nghiệm Piasecka và Maciejewska [13] đã nghiên cứu hệ số tỏa nhiệt đối lưu của quá trình sôi trong kênh mini khi thay đổi các hướng trong không gian Ảnh hưởng của đầu vào

cho việc phân phối của gas lạnh trong một bộ trao đổi nhiệt kênh mini sơ đồ dòng chảy cùng chiều đã được thực hiện bởi Kim cùng cộng sự[14]

Fenado cùng cộng sự [15] bằng phương pháp Wilson đã đánh giá hệ số truyền nhiệt cho bộ trao đổi nhiệt kênh mini bằng nhôm Các nghiên cứu về phân bố dòng chảy và tổn thất áp suất qua bộ trao đổi nhiệt kênh mini được thực hiện trong [16,17]

Hernado cùng cộng sự [18] đã nghiên cứu về tổn thất áp suất, nhiệt lượng và

hệ số truyền nhiệt trong bộ trao đổi nhiệt kênh micro dòng một pha cho cả mô phỏng

số và thực nghiệm Hassan cùng cộng sự [19] đã đánh giá ảnh hưởng của hình dáng, kích thước kênh đến đặc tính truyền nhiệt và dòng chảy của lưu chất trong bộ trao đổi nhiệt kênh micro ngược chiều

Từ quá trình làm việc của động cơ đốt trong, nhiệt truyền từ buồng đốt đến các chi tiết xung quanh như piston, xylanh, xéc măng… Lượng nhiệt này chiếm khoảng 25% - 35% nhiệt lượng do nhiên liệu cháy tạo thành Vì vậy các chi tiết đó luôn bị đốt nóng khi động cơ làm việc: nhiệt độ đỉnh piston có thể đạt 600 oC, nhiệt

độ nấm xupap có thể đạt 900 oC

Hình 1.2: Sự phân bố năng lượng trong xe

Qingzhao Wang [20] đã trình bày và phân tích sự phân bố áp suất, vận tốc, hệ

số truyền nhiệt và nhiệt độ cho áo nước ở đầu xylanh Kết quả phân tích cho thấy rằng nước làm mát trong đầu xylanh đã thực hiện phần đối lưu dòng chảy tốt và sự

phân phối áp suất tương đối chấp nhận được Sự bố trí của các phần trong đầu xylanh

đã cung cấp sự tác động cần thiết để tăng khả năng làm mát ở vùng nhận nhiều nhiệt nhất như xupap thải, kim phun nhiên liệu hay bộ phận đánh lửa Vì vậy các chi tiết

sẽ không quá nóng để gây tổn hại đến tính bền của chi tiết Mẫu thiết kế hình học áo nước đầu xylanh của nghiên cứu thể hiện ở hình 1.3

Hình 1.3: Mẫu thiết kế áo nước đầu xylanh

Trivedi và Vasava [21] Sử dụng phần mềm mô phỏng số ANSYS để phân tích dòng chảy lưu chất và truyền nhiệt trong két nước làm mát ô tô Kết quả phân tích cho thấy hiệu quả tối ưu cho hệ số truyền nhiệt khi khoảng cách giữa các ống là 12

Pulkit cùng cộng sự [23] đã nghiên cứu truyền nhiệt bằng phương pháp mô phỏng số CFD Tốc độ truyền nhiệt phụ thuộc vào vận tốc của xe, hình dáng cánh tản

nhiệt và nhiệt độ môi trường xung quanh Ở vận tốc 40 km/h, 60 km/h, 72 km/h hệ

số truyền nhiệt đã được tính toán tương ứng 724 W, 933.56 W, 1123.03 W

Masao cùng cộng sự [24] đã nghiên cứu ảnh hưởng của số lượng cánh, khoảng cách cánh và tốc độ gió làm mát bằng không khí cho xylanh động cơ xe máy Kết quả cho thấy rằng nhiệt tỏa ra từ xylanh không được cải thiện khi thân xylanh có quá nhiều cánh, và khoảng cách giữa các cánh quá hẹp tại những vị trí vận tốc gió quá thấp do vậy mà nhiệt độ giữa chúng tăng lên Kích thước tối ưu khi xe đứng yên là

20 mm và di chuyển là 8 mm

Siegel và Graham [25] đã nghiên cứu hiệu suất truyền nhiệt của màn ngăn các cánh tản nhiệt để làm mát trên các đầu nhỏ xylanh Kết quả cho thấy rằng thiết kế cánh tản nhiệt cho động cơ thì khoảng cách cánh tản nhiệt là khác nhau Khu vực giữa đường ống nạp và xả thường có độ dài ngắn hơn và giá trị tổn thất áp suất cao hơn trên một đơn vị chiều dài so với các khu vực cánh xung quanh đầu

Công cụ CFD cho phép mô phỏng tối ưu hóa hình dạng vỏ bộ tản nhiệt của xe tải TATA mini đã được thực hiện bởi Chackol cùng cộng sự [26] Kết quả cho thấy rằng từ việc giải quyết các thiết kế cơ bản đã loại bỏ được vùng tuần hoàn khép kín

và tăng lưu lượng gió thông qua cánh tản nhiệt khoảng 34%

Laramee [27] đã khảo sát dòng chảy của lưu chất xuyên qua áo nước làm mát Thông qua mô phỏng số CFD, nghiên cứu này đã đưa ra hình ảnh không gian hình dạng tia phun, dòng chảy, dòng chảy ở bề mặt….để xác định sự phân bố nhiệt độ lưu lượng dòng chảy và áp suất

Wamei [28] đã ứng dụng phần mềm mô phỏng ANSYS FLUENT để mô phỏng và phân tích các đặc tính của bộ trao đổi nhiệt, với việc thay đổi hình dạng cánh và vật liệu mới nghiên cứu đã được tiến hành so sánh mức độ hoàn thiện của chúng với nhau Kết luận cho thấy rằng bộ trao đổi nhiệt mới với dạng cánh hình sóng

và vật liệu là bọt grafit có độ hoàn thiện cao hơn so với bộ trao đổi nhiệt thông thường Loại vật liệu mới đã thể hiện được hiệu quả truyền nhiệt cao và điều quan trọng là khi ứng dụng bộ trao đổi nhiệt tiên tiến này thì thể tích và khối lượng của nó giảm đáng kể

Arnold và Benjaaw [29] đã nghiên cứu và kết luận rằng hệ số truyền nhiệt bề mặt bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như là: chiều rộng cánh, khoảng cách giữa các cánh, chiều dày cánh, sự biến đổi vận tốc dòng khí, vật liệu cấu tạo của cánh và hệ số truyền nhiệt đối lưu thay đổi chủ yếu dựa vào vận tốc dòng không khí và khoảng cách giữa các cánh tản nhiệt

Giải nhiệt kênh mini và tiến đến kênh micro dần trở thành một phần không thể thiếu của tế bào nhiên liệu (fuel cell), giải nhiệt làm mát của các thiết bị điện-điện tử Nghiên cứu phát triển và ứng dụng bộ giải mini trong công nghiệp cũng được tìm thấy Và trao đổi nhiệt trong y sinh cũng đã ứng dụng trao đổi nhiệt kênh mini Nhờ kích thước nhỏ gọn và cải thiện trong hiệu suất

1.3 Các kết quả nghiên cứu liên quan trong nước

Hiện nay, ở Việt Nam nghiên cứu về truyền nhiệt mini/ micro còn khá mới

mẻ Số lượng nhà khoa học cũng như công trình còn khiêm tốn Trong các công trình nghiên cứu ở Việt Nam liên quan đến truyền nhiệt mini và micro, Trung và Hùng [30] bằng phương pháp thực nghiệm đã nghiên cứu ảnh hưởng của trọng lực đến đặc tính nhiệt và dòng chảy lưu chất của những bộ trao đổi nhiệt kênh micro

Trung và Hùng [31] cũng đã nghiên cứu ảnh hưởng tính chất vật lý của môi chất trong bộ tản nhiệt kênh micro qua đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường TĐ

2012 Trong nghiên cứu này, các đặc tính truyền nhiệt và tổn thất áp suất của lưu chất một pha bên trong bộ tản nhiệt kênh micro đã được xác định Cho những điều kiện khác nhau đã được xem xét và nghiên cứu với chỉ số hoàn thiện đạt được là 10,7 W/kPa ở lưu lượng 0,2 g/s Toàn bộ bộ tản nhiệt kênh micro gồm các kênh, ống góp, tấm đế cũng như nắp đã được mô phỏng số với phần mềm CFD – ACE+ Nghiên cứu hình dáng ảnh hưởng của hình dáng bộ trao đổi nhiệt kênh micro đến quá trình ngưng tụ nhằm nâng cao hiệu quả truyền nhiệt cũng đã được thực hiện thông qua đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường TĐ 2013 [32] Nhóm tác giả cũng đang nghiên cứu cải tiến nâng cao hiệu quả giải nhiệt của két nước xe tay ga bằng bộ tản nhiệt

kênh mini dùng công nghệ UV Light qua đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường TĐ

2014 [33]

Liên quan đến vấn giải nhiệt cho xe máy bằng bộ giải nhiệt kênh mini, Đề tài nghiên cứu thực nghiệm cải tiến hệ thống làm mát xe máy Nouvo LX bằng bộ tản nhiệt kênh mini của tác giả Nguyễn Đình Trung [34] đã nghiên cứu thay thế két nước

xe tay ga bằng bộ trao đổi nhiệt kênh mini với phương pháp thực nghiệm Nghiên cứu này được tiến hành bằng phương pháp thực nghiệm để tổng hợp kết quả, so sánh

và đánh giá hiệu quả của bộ làm mát kênh mini Với kết quả két cải tiến có kích thước nhỏ hơn khoảng 35% so với két ban đầu với công nghệ chế tạo đơn giản, giá thành được giảm khoảng 50% Kết quả thực nghiệm đã cho thấy hiệu quả làm mát của bộ tản nhiệt kênh mini cao hơn hoặc bằng két ban đầu Thêm vào đó, với giải pháp kết hợp quạt điện, bỏ quạt gió cưỡng bức và tận dụng dòng không khí khi di chuyển trên đường đã giúp tăng được công suất động cơ Tác giả bào báo cũng đề nghị tiến hành

đo công xuất xe máy trên băng tải để có kết quả cụ thể hơn về sự gia tăng công suất động cơ và tính thuyết phục của nghiên cứu Tuy nhiên với số liệu thực nghiệm có được bước đầu cũng đã thấy được tiềm năng của bộ giải nhiệt kênh mini xe gắn máy với cấu trúc kênh mini

Hình 1.4: Mẫu két nước kênh mini xe tay ga

Luận văn thạc sĩ tác giả Huỳnh Tấn Đạt [35] đề tài “ Tối ưu hóa quá trình giải nhiệt áo nước xylanh của xe tay ga bằng phương pháp mô phỏng số học và thực nghiệm Đã nghiên cứu tối ưu quá trình giải nhiệt cho áo nước của xylanh bằng

phương pháp xẻ rãnh trong áo nước với mục tiêu gia tăng diện tích tiếp xúc giữa dung dịch làm mát và áo nước Nhóm nghiên cứu đã áp dụng phương pháp thực nghiệm và

mô phỏng với sự sai lệch nằm trong giá trị cho phép Nhưng với phương pháp xẻ rảnh

áo nước của xylanh đã làm ảnh hưởng đến kết cấu bền vững của xylanh đã được đề cập đến trong phần giới hạn của đề tài này và cần được cải tiến, giải quyết trong đề tài nghiên cứu tiếp theo

Hình 1.5: Mẫu áo nước xylanh có xẻ rãnh

Từ những tài liệu liên quan như trên, các nghiên cứu về giải nhiệt kênh mini nói chung và ứng dụng bộ trao đổi nhiệt kênh mini để giải nhiệt cho động cơ đốt trong còn hạn chế và chưa có được đầy đủ Nhưng vấn đề giải nhiệt ở xylanh của động cơ đốt trong là một vấn đề rất quan trọng ảnh hưởng đến hiệu xuất của động cơ cũng như vấn đề tiết kiệm năng lượng mà đặc biệt là hướng đến những bộ giải nhiệt công suất lớn đủ đáp ứng nhu cầu thực tế nhưng kết cấu và kích thước cần phải nhỏ gọn đáp ứng được yêu cầu thẩm mỹ và gá lắp được trên sản phẩm Do vậy rất quan trọng và cần thiết để nghiên cứu về bộ làm mát kênh mini dùng để giải nhiệt cho động cơ xe máy Nghiên cứu này được thực hiện bởi phương pháp mô phỏng số học và so sánh với kết quả thực nghiệm

Mục đích của nghiên cứu này là thực hiện một nghiên cứu mô phỏng số học

để thiết kế chế tạo bộ làm mát kênh mini mới dùng trên xe máy và so sánh kết quả với phương pháp thực nghiệm

1.4 Mục tiêu nghiên cứu

 Mục tiêu tổng quát đạt được:

Xây dựng thêm nguồn tài liệu cho hướng nghiên cứu truyền nhiệt trong lĩnh vực kênh mini tại trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hồ Chí Minh nói riêng và cả nước nói chung

Cố gắng hội nhập cùng các nghiên cứu hiện tại và tiến đến tương lai của các nhà khoa học trên thế giới trong lĩnh vực nhiệt và động lực học

1.5 Cách tiếp cận

Tổng hợp từ các nghiên cứu liên quan đi đến nghiên cứu đối tượng cụ thể

Từ các công trình nghiên cứu được công bố trên các tạp chí khoa học kỹ thuật uy tín như SCI, SCIE hay EI,… và các nguồn tài liệu trong nước thuộc lĩnh vực truyền nhiệt kênh mini Tác giả thực hiện nghiên cứu tổng quan những đối tượng có liên quan đến

đề tài và nhìn thấy được kết quả đạt được đến bây giờ và cần giải quyết những vấn

đề tiếp theo

1.6 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu được thực hiện bằng phương pháp thiết kế mô hình trên phần mềm để mô phỏng trên phần mềm mô phỏng số học Comsol từ kết quả mô phỏng sẽ chế tạo mô hình bộ làm mát kênh mini để thí nghiệm trong phòng thí nghiệm truyền nhiệt và lắp đặt thực tế trên xe gắn máy để đánh giá kết quả

Như vậy từ các kết quả nghiên cứu tổng quan, tác giả đưa ra mô hình, thiết

kế và thực hiện mô phỏng bằng phần mềm mô phỏng số học (COMSOL Ver5.2a) để giải các phương trình toán học Tiếp theo sẽ thực hiện so sánh kết quả với phương pháp thực nghiệm trong phòng thí nghiệm và trong thực tế vận hành trên xe để đánh giá lại kết quả mô phỏng cũng như so sánh kết quả với các kết quả trong các công trình nghiên cứu có liên quan

1.7 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Quá trình truyền nhiệt của bộ làm mát kênh mini với môi chất làm việc là ethylene glycol

Mô phỏng về truyền nhiệt cho mô hình được đề xuất

Chế tạo bộ tản nhiệt kênh mini cho xe máy

1.8 Nội dung nghiên cứu

Tổng quan các nghiên cứu liên quan trong và ngoài nước

Đưa ra động lực để nghiên cứu

Đưa ra mô hình đối tượng và phương pháp nghiên cứu

- Bỏ qua quá trình truyền nhiệt do bức xạ

Những phương trình chính yếu trong hệ thống này gồm phương trình liên tục, phương trình momentum và phương trình năng lượng

(𝜕𝜌/𝜕𝑡) = 0, (𝜕𝑢/𝜕𝑡) = 0, (𝜕𝑣/𝜕𝑡) = 0, (𝜕𝑤/𝜕𝑡) = 0

Điều kiện biên cho nước đầu vào là: − ∫ 𝜌(𝑢 𝑛) 𝑑𝑆 = 𝑚 Trong đó m là khối lượng lưu lượng và vận tốc gió vào là u , v, w điều kiện biên cho đầu ra của dòng chảy p=p0 và:

𝜇((𝜕𝑢/𝜕𝑥) + (𝜕𝑣/𝜕𝑦) + (𝜕𝑤/𝜕𝑧)) + ((𝜕𝑢/𝜕𝑥) + (𝜕𝑣/𝜕𝑦) + (𝜕𝑤/𝜕𝑧))𝑇 = 0

Cho sự chuyển đổi năng lượng, các vách có điều kiện áp dụng cho vận tốc và nhiệt

độ tại vách những điều kiện này được thể hiện bởi:

−𝑛(𝑘∇𝑇) = 0

Hay mLCpl(Tl,i-Tl,o) = maCpa(Ta,o-Ta,i)

Trong đó:

Lượng nhiệt lớn nhất truyền qua thiết bị được tính, Qmax:

Qmax = (mc)min(Tl,i-Ta,i) Hiệu Suất truyền nhiệt tính theo phương pháp NTU được xác định:

(2.12))

(2.13))

∆𝑝 = 2𝑓𝜌𝑤2 𝐿

𝐷ℎ = 2𝑓𝑅𝑒

𝐿

𝐷ℎ2𝑤𝜇 Trong đó:

Dh=4Ac/P là đường kính quy ước

(2.14))

(2.15))

(2.16))

(2.17))

Các phần mềm mô phỏng số được sử dụng rộng rải hiện nay như: MATLAB, FORTRAN ANSYS, CFD FLUENT, CFD, ACE+… và đặt biệt là phần mềm mô phỏng số học COMSOL Mutiphysics

COMSOL Multiphysics là phần mềm mô phỏng số học với nhiều module cho nhiều lĩnh vực vật lý, hóa học, năng lượng khác nhau Dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn để giải quyết các bài toán vật lý và kỹ thuật ứng dụng, đặc biệt là các hiện tượng kết hợp hoặc đa tính chất

Bằng việc sử dụng các chế độ ứng dụng của chương trình, ta có thể thực hiện rất nhiều kiểu phân tích bao gồm;

- Phân tích ổn định và không ổn định

- Phân tích tuyến tính và phi tuyến tính

- Phân tích theo phương pháp tần số riêng

COMSOL Multiphysics có thể mô phỏng những ứng dụng như

Như đã trình bày ở phần trên trong quá trình làm việc của động cơ, nhiệt

truyền cho các chi tiết tiếp xúc với khí cháy làm cho nhiệt độ của các chi tiết máy cao gây ra những hậu quả xấu như:

- Phụ tải nhiệt làm giảm sức bền, độ cứng vững và tuổi thọ của các chi tiết máy

- Do nhiệt độ cao làm giảm độ nhớt của dầu bôi trơn nên làm tăng tổn thất ma sát

- Có thể gây bó kẹt piston trong xylanh do hiện tượng giản nở nhiệt

- Giảm hệ số nạp

- Dễ phát sinh hiện tượng cháy kích nổ

Để khắc phục các hậu quả xấu có thể xảy ra ở trên.Vì vậy cần thiết phải làm mát động cơ

2.3.2 Nhiệm vụ hệ thống làm mát

Hệ thống làm mát động cơ có nhiệm vụ thực hiện quá trình truyền nhiệt từ khí cháy qua thành buồng cháy rồi đến môi chất làm mát để đảm bảo cho nhiệt độ của các chi tiết không quá nóng nhưng cũng không quá nguội Động cơ quá nóng sẽ gây

ra các hiện tượng như đã nói, còn quá nguội tức là động cơ được làm mát quá nhiều

vì vậy tổn thất nhiệt cho dung dịch làm mát nhiều, nhiệt lượng dùng để sinh công ít

do đó hiệu suất nhiệt của động cơ thấp, ngoài ra do nhiệt độ động cơ thấp ảnh hưởng đến chất lượng dầu bôi trơn, độ nhớt của dầu bôi trơn tăng, dầu bôi trơn khó lưu động

vì vậy làm tăng tổn thất cơ giới và tổn thất ma sát, ảnh hưởng lớn đến các chỉ tiêu kinh tế và công suất động cơ

2.3.2.1 Làm mát buồng đốt của động cơ

Hệ thống làm mát có nhiệm vụ chính là làm mát buồng đốt, bảo đảm buồng đốt nhiên liệu trong động cơ có nhiệt độ ổn định trong suốt quá trình làm việc Ngoài ra, hệ thống cũng có nhiệm vụ không kém phần quan trọng đó là rút ngắn thời gian khởi động của động cơ, nhanh chóng đưa động cơ đạt đến nhiệt độ làm việc hiệu quả

2.3.2.2 Làm mát đầu bôi trơn

Trong quá trình làm việc của động cơ, nhiệt độ của dầu bôi trơn tăng lên không ngừng do các nguyên nhân cơ bản sau:

- Dầu bôi trơn phải làm mát các trục, tỏa nhiệt lượng sinh ra trong quá trình

ma sát các ổ trục ra ngoài

- Dầu bôi trơn tiếp xúc trực tiếp với các chi tiết máy có nhiệt độ cao như cò

mổ, đuôi xupáp, piston

Để đảm bảo nhiệt độ làm việc của dầu ổn định, giữ độ nhớt dầu ít thay đổi và đảm bảo khả năng bôi trơn, vì vậy cần phải làm mát dầu bôi trơn Đường dầu bôi trơn được khoan song song với đường nước làm mát động cơ Khi nước làm mát động cơ đồng thời làm mát luôn cho dầu bôi trơn, nhằm hạ nhiệt độ cho dầu bôi trơn

2.3.3 Yêu cầu hệ thống làm mát xe gắn máy

Hệ thống làm mát trên xe máy phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Làm việc êm dịu, tiêu hao công suất cho làm mát ít

- Bảo đảm nhiệt độ của môi chất làm mát tại cửa ra van hằng nhiệt ở khoảng

83 oC  95 oC và nhiệt độ của dầu bôi trơn trong động cơ khoảng 95 oC ÷ 115 oC tùy theo điều kiện thiết kế của từng nhà sản xuất

- Bảo đảm động cơ làm việc tốt ở mọi chế độ và mọi điều kiện khí hậu cũng như điều kiện vận hành khác nhau, kết cấu nhỏ gọn, dễ bố trí

2.3.4 Thực trạng của hệ thống làm mát

Hầu hết những xe có cách bố trí động cơ phía trước đều sử dụng phương pháp giải nhiệt bằng gió bởi lợi thế đón được lưu lượng gió lớn thổi qua khi xe di chuyển Đối với những dòn xe có động cơ bố trí phía sau, bị che phủ bởi lớp áo xe hoặc xe mang phong cánh thể thao với công suất động cơ lớn thì được trang bị hệ thống giải nhiệt bằng dung dịch như: Yamaha Exciter, Lead, Winner, Suzuki Raider…

Với những dòng xe sử dụng hệ thống làm mát bằng dung dịch thì két giải nhiệt được bố trí ngay phía sau bánh xe trước cũng như đã nêu ở hệ thống giải nhiệt

gió thì vị trí này tận dụng được lượng không khí tự nhiên đi qua khi xe vận hành là lớn nhất, luồng khí này sẽ di chuyển xuyên qua két và lấy đi lượng nhiệt từ két

2.4 Hệ thống làm mát bằng gió và dung dịch trên xe gắn máy:

Nhà sản xuất xe gắn máy sẽ chọn một trong hai giải pháp đề làm mát động

cơ là giải nhiệt bằng gió hoặc giải nhiệt bằng dung dịch

2.4.1 Hệ thống làm mát bằng gió:

Hệ thống làm mát bằng gió, nhà sản xuất sẽ chế tạo vỏ ngoài động cơ với các cánh tản nhiệt để đảm bảo diện tích trao đổi nhiệt ra ngoài không khí đủ để duy trì giới vùng nhiệt độ hoạt động cho buồng đốt của động cơ Hệ thống làm mát bằng gió tự nhiên được sử dụng cho những xe với bố trí động cơ nằm ở phía trước, khi vận

Hình 2.1: Hệ thống giải nhiệt bằng gió

hành xe di chuyển gió sẽ đi từ phía trước qua buồng đốt giải nhiệt và di chuyển ra phía sau xe Nhưng với những xe tay ga thì động cơ được bố trí ở phía sau xe, một vị trí không thuận lợi như ở phía trước để đón gió, lúc này một quạt gió sẽ được lắp đặt

để tạo gió thổi qua động cơ để giải nhiệt cho động cơ

Hệ thống làm mát bằng gió tự nhiên và cưỡng bức như trên có cấu tạo đơn giản, đễ chế tạo, bảo trì nhưng có nhiều nhược điểm như năng suất giải nhiệt không cao và đặc biệt với yêu cầu thẩm mỹ cao nên động cơ xe gắn máy được lớp vỏ bên ngoài che chắn điều đó làm cho vấn đề giải nhiệt của động cơ cần được quan tâm hơn Với những hạn chế của hệ thống làm mát bằng gió thì hệ thống làm mát bằng dung dịch là một sự thay thế

2.4.2 Hệ thống làm mát bằng dung dịch

Nguyên lý hệ thống làm mát bằng dung dịch là dung dịch làm mát sẽ nhận nhiệt

từ buồng đốt của động cơ trong một áo nước xung quanh và lượng dung dịch này sau

khi được gia nhiệt sẽ chuyển đếm két nước tại đây khi đi qua két nước sẽ được giải nhiệt bởi không khí và trở về buồng đốt, sự di chuyển này nhờ một bơm được nối với trục cam của động cơ nên lưu lượng phụ thuộc vào vòng tua máy, để tránh trường hợp khi mới khởi động nhiệt độ máy chưa đạt ngưỡng làm việc tối ưu thì có thêm van

Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý hệ thống làm mát xe máy

hằng nhiệt sẽ điều khiển lượng nước từ động cơ đi ra két giải nhiệt hay quay trở về

để sưởi động cơ Và tránh trường hợp nước giãn nở và tăng thể tích khi sôi sẽ có một van ở nắp của két nước để giải phóng lượng thể tích tăng này Và sau khi nguội dung dịch làm mát sẽ được thu trở lại két từ bình phụ

2.5 Tính toán hệ thống làm mát

2.5.1 Xác định nhiệt từ động cơ truyền cho nước làm mát

Nhiệt từ động cơ truyền cho nước làm mát có thể xem gần bằng số nhiệt lượng đưa qua bộ tản nhiệt truyền vào không khí, lượng nhiệt truyền cho hệ thống làm mát của động cơ xe gắn máy chiếm từ 20 - 30% tổng nhiệt lượng do nhiên liệu tỏa ra Nhiệt lượng Qlm được tính theo công thức kinh nghiệm: Qlm=q’lmNe (J)

Trong đó: q’lm-Lượng nhiệt truyền cho dung dịch làm mát ứng với một đơn vị công suất trong đơn vị thời gian (J/kW.s)

Với q’lm nằm trong khoảng 1263 J/kW.s đến 1360 J/kW.s

Khi có giá trị Qlm ta xác định lượng nước Glm tuần hoàn trong 1 đơn vị thời gian

𝐆𝐥𝐦 = 𝐐𝐥𝐦

𝐂 𝐧 ∆𝐭 𝐧 Trong đó: Cn- nhiệt dung riêng của dung dịch làm mát

Δtn – hiệu nhiệt độ nước vào và ra bộ tản nhiệt với hệ thống giải nhiệt nhỏ như

xe gắn máy thì Δtn= 5 - 100C

2.5.2 Tính thiết kế két nước

Tính két nước bao gồm việc xác định bề mặt tản nhiệt để truyền từ nước

ra môi trường không khí xung quanh Xác định kích thước của mặt tản nhiệt trên cơ sở lý thuyết truyền nhiệt

Truyền nhiệt trong bộ tản nhiệt chủ yếu là đối lưu Két nước tản nhiệt của xe máy có một mặt tiếp xúc với nước nóng và một mặt tiếp xúc với không

(2.18))

khí Do đó truyền nhiệt từ nước ra không khí là sự truyền nhiệt từ môi chất này đến môi chất khác qua thành mỏng như vậy quá trình truyền nhiệt có thể chia làm ba phương trình truyền nhiệt ứng với ba giai đoạn:

- Nhiệt truyền từ nước nóng đến mặt thành kênh dẩn nhiệt bên trong:

𝟏 𝛂𝟐

(2.19))

(2.20))

(2.21))

(2.22))

(2.23)) (2.24))

(2.25))

Hệ số λ của đồng từ 83,9 – 126 (W/m.độ), của nhôm từ 104,8 – 198 (W/m.độ)

Hệ số k cho bộ tản nhiệt có thể được xác định theo đồ thị trên hình Theo số liệu thí nghiệm, xác định bề mặt làm mát của bộ tản nhiệt có thể k≈α2 và có thể tính gần đúng

α2 = 11,38ωkk0,8 (W/m2.độ)

Trong đó ωkk là tốc độ không khí đi qua bộ tản nhiệt (m/s)

Khi không tính đến các tổn thất nhiệt:

Q

=C

G

(t

-t

Do đó:

(2.27))

(2.28))

(2.29))

Hình 2.4: Quan hệ của hệ số truyền nhiệt với vận tốc không khí

Yêu cầu két giải nhiệt phải tỏa nhiệt nhanh tức là hệ số truyền nhiệt của bộ phận tản nhiệt lớn Kết cấu của két làm mát động cơ gồm có bình chứa nước phía trên và bình chứa dung dịch phía dưới thông nhau qua các ống mỏng bằng nhôm,

có tiết diện giống hình ôvan, được bố trí một hàng, trong hàng có các cột thẳng hàng với nhau Các ống này có cánh tản nhiệt ở bên ngoài để tăng khả năng tản nhiệt Loại ống này có ưu điểm là có sức cản không khí ít hơn và diện tích tản nhiệt lớn hơn khoảng 2 ÷ 3 lần so với ống tròn Tuy nhiên loại ống này không

(2.30)) (2.31))

Hình 2.5: Nguyên lý hoạt động hệ thống giải giải nhiệt bằng dung dịch

bền bằng ống tròn và khó sửa chữa Đường ống từ bơm nước đi vào nằm ở bình chứa nước phía trên , với kích thước phủ bì dài 200 mm cao 160mm

Nguyên lý làm việc của két: Khi động cơ làm việc, nhiệt độ sinh ra do quá trình cháy truyền ra môi trường xung quanh, làm cho nước làm mát trong động cơ nóng dần lên Dưới áp lực của bơm nước, nước nóng được đẩy vào bình chứa nước phía trên của két nước Nước nóng chảy trong các ống, đồng thời tỏa nhiệt

ra thành ống, nhiệt từ thành ống truyền ra cho các cánh tản nhiệt và truyền ra môi trường không khí, cánh tản nhiệt có tác dụng tăng khả năng truyền nhiệt Nước sau khi trao đổi nhiệt với môi trường, nhiệt độ được giảm xuống Nước nguội chảy theo đường ống của két xuống bình chứa ở phía dưới két làm mát, đi theo đường ống thoát đi vào làm mát động cơ

Khi quan sát từ bên ngoài dễ dàng nhận biết được hệ thống giải nhiệt bằng dung dịch bởi có két nước phía trước xe hoặc phía sau đối với xe tay ga Hệ thống làm mát bằng dung dịch có những cảm biến để đưa về bộ điêu khiển trung tâm và hiển thị đèn báo

Hình 2.6: Hệ thống giải nhiệt xe máy Yamaha Exciter

Hình 2.7: Cấu tạo két nước giải nhiệt xe Yamaha Exciter

1- Cánh quạt (cánh công tác của bơm)

Hình 2.8: Nắp két nước

Hình 2.9: Nơi thay thế dung dịch giải nhiệt

2.6.4 Van hằng nhiệt

Van hằng nhiệt là van chủ động tự động điều chỉnh độ mở của van theo nhiệt độ dung dịch giải nhiệt để quyết định xem một lượng nước cần đi đến két giải nhiệt là bao nhiêu để đảm bảo nhiệt độ tối ưu cho động cơ Đặc biệt khi mới khởi động động cơ thì động cơ cần có thời gian để nhiệt độ dầu bôi trơn, máy đạt đến nhiệt độ vận hành tối ưu, thì lúc này nhiệt độ dung dịch làm mát chưa đủ để

mở van nên van sẽ đóng để đảm bảo nhiệt độ động cơ nhanh đạt đến điểm tối ưu nhất

Hình 2.10: Van hàng nhiệt