BÀI TẬP MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG TRONG CÔNG NGHỆ HÓA HỌC (065005)

Trong Boundary Selection : Mục Selection chọn Outlet 6, Nhập thông số cho Heat Transfer in Fluids Heat Transfer in Fluids 1 Trong Model Builder window, kích Heat Transfer in Fluids,

BÀI TẬP MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG TRONG CÔNG NGHỆ

HÓA HỌC (065005)

Bài tập :

Thiết kế và tính toán quá trình truyền nhiệt trong phòng bằng phần mềm COMSOL Multiphysics.

MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH TRUYỀN NHIỆT TRONG PHÒNG

BẰNG PHẦN MỀM COMSOL MULTIPHYSICS

I - Giới thiệu

Trong một phòng bất kỳ luôn có sự trao đổi nhiệt do sự chênh lệch nhiệt độ do các đồ vật khác nhau tỏa ra.Nhiệt độ tại một điểm bất kỳ,một thời điểm xác định là kết quả của sự trao đổi nhiệt giữa các dòng nhiệt tại vị trí đó và tại thời điểm đó

Do máy tính của em có cấu hình giới hạn nên em chọn mô hình phòng có các vật dụng đơn giản,có 3 dòng nhiệt sinh ra

Mô hình 3D phòng làm việc đơn giản

Phòng gồm :

Kích thước phòng có chiều dài bằng 5m,chiều rộng 3 m và chiều cao bằng 2 m.Phòng

có 1 bàn, 1 ghế, 1đèn điện ,1 máy điều hòa, 1 quạt thông gió và 1 cửa ra vào

Vật dụng tỏa nhiệt gồm :

Máy lạnh,máy lạnh cho dòng khí có vận tốc bằng 0.05m\s,nhiệt độ bằng 180C

Đèn điện chiếu sáng nên nhiệt độ của đèn cho bằng 450C và tỏa ra xung quanh nó Một bên bức tường của phòng nằm ở phía ngoài có ánh sáng mặt trời nên hấp thụ nhiệt

từ năng lượng ánh sáng mặt trời nên có nhiệt độ cho bằng 350C

Nhiệt độ không khí ban đầu của phòng bằng 300C.các bức tường còn lại của phòng cũng

có nhiệt độ bằng 300C

II – Các bước thực hiện

1, Khởi động COMSOL Multiphysics.

Trong cửa sổ Model Wizard chọn Mô hình 3D

Tiếp tục chọn next ,trong cửa sổ Add physics chọn Laminar Flow trong Fluid Flow và chọn Heat Transfer in Fluid trong Heat Transfer.bấm add

Tiếp tục chọn next ,trong cửa sổ Select Study Type chọn Statinary trong Preset Studies Bấm Finish

2, Cài đặt các thông số của mô hình.

Parameters

Trong cửa sổ Model Builder, trong Global Definitionsand chọn Parameters

Trong Parameters, nhập các thông số sau :

3, Thiết lập mô hình

Geometry

Bấm chuột phải Geometry 1,chọn và nhập các thông số sau:

Block 1

Trong của sổ Size and Shape :

Trong Width bấm W

Trong Depth bấm D

Trong Height bấm H

Các thông số W,D,H sẽ lấy giá trị cài đặt ở Parameters Đổi tên Block 1 thành Phòng

Tiếp tục chọn

Block 2

Trong của sổ Size and Shape :

Trong Width nhập 0.1m

Trong Depth nhập 1m

Trong Height nhập 1.5m

Trong của sổ Position nhập:

x nhập 3 m

Đổi tên Block 2 thành Cửa

Block 3

Trong của sổ Size and Shape :

Trong Width nhập 0.1m

Trong Depth nhập 0.3m

Trong Height nhập 0.3m

Trong của sổ Position nhập:

x nhập -0.1 m

z nhập 1.7 m

Đổi tên Block 3 thành Quạt thông gió

Block 4

Trong của sổ Size and Shape :

Trong Width nhập 1,7m

Trong Depth nhập 1m

Trong Height nhập 0.6m

Trong của sổ Position nhập:

x nhập 0.65 m

y nhập 2.5 m

Đổi tên Block 4 thành Bàn

Block 5

Trong của sổ Size and Shape :

Trong Width nhập 0.5m

Trong Depth nhập 0.5m

Trong Height nhập 0.3m

Trong của sổ Position nhập:

x nhập 1.25m

y nhập 3.7 m

Đổi tên Block 5 thành Ghế 1

Block 6

Trong của sổ Size and Shape : Trong Width nhập 0.5m Trong Depth nhập 0.2m Trong Height nhập 1m Trong của sổ Position nhập:

x nhập 1.25m

y nhập 4.2m

Đổi tên Block 6 thành Ghế 2

Block 7

Trong của sổ Size and Shape : Trong Width nhập 0.2m Trong Depth nhập 1.5m Trong Height nhập 0.1m Trong của sổ Position nhập:

x nhập 1.4m

y nhập 1.75m

z nhập 1.9m

Đổi tên Block 7 thành Đèn

Block 8

Trong của sổ Size and Shape : Trong Width nhập 0.3m Trong Depth nhập 0.3m Trong Height nhập 1m Trong của sổ Position nhập:

x nhập 1m

y nhập 4.7m

z nhập 1.7m

Trong của sổ Rotation Angle :

Rotation nhập 27 deg

Đổi tên Block 8 thành Máy điều hòa

Difference

Bấm chuột phải Geometry 1,chọn Difference và nhập các thông số sau:

Bỏ dấu Keep interior boundaries

Trong Objects to add chọn blk1

Trong Objects to subtract chọn blk10, blk14,blk15, blk18, blk19

Compose

Bấm chuột phải Geometry 1,chọn Compose và nhập các thông số sau: Bỏ dấu Keep interior boundaries

Trong ô input objects chọn dif1 ,blk5 , blk3

Trong ô Set formula chọn dif1+blk5+ blk3

Bấm Build All

Trên cửa sổ Graphics bấm Zoom Extents

Mô hình thiết lập hoàn thành

Mô hình thiết lập hoàn chỉnh.

4, Chọn vật liệu.

Chọn môi trường trong phòng là không khí

MATERIALS

Chọn Model 1 ,kích chuột phải Materials chọn Open Material Browser

Chọn Built-In chọn Air

Và kích chuột phải Add Material to Model

5,Tạo cửa ra vào cho dòng khí hay dòng nhiệt.

DEFINITIONS

Mục đích tạo mục này để dể dàng thay dổi hay cài đặt các cửa ra vào cho dòng khí hay dòng nhiệt

Explicit 1

Trong Model Builderwindow, under Model 1right-click Definitionsand choose

Selections>Explicit

Trong the Geometric entity levellist, choose Boundary

Chọn Boundary 16

Đổi tên Explicit 1 thành Inlet

Explicit 2

Trong Model Builderwindow, under Model 1right-click Definitionsand choose

Selections>Explicit

Trong the Geometric entity levellist, choose Boundary

Chọn Boundary 1

Đổi tên Explicit 1 thành Outlet

5, Nhập thông số cho LAMINARFLOW

LAMINARFLOW

Inlet 1

Trong Model Builderwindow, under Model 1right-click Laminar Flow chọn

Inlet

Trong Boundary Selection :

Mục Selection chọn Inlet

Cửa sổ Velocity Trong mục Uo nhập Uo

Outlet 1

Trong Model Builderwindow, under Model 1right-click Laminar Flow chọn Outlet Trong Boundary Selection :

Mục Selection chọn Outlet

6, Nhập thông số cho Heat Transfer in Fluids

Heat Transfer in Fluids 1

Trong Model Builder window, kích Heat Transfer in Fluids, kích tiếp Heat

Transfer in Fluids 1

Trong cửa sổ Model Input.mục Velocity field chọn Velocity field (spf/fp1)

Chọn Velocity field (spf/fp1) thì vận tốc các dòng nhiệt sẽ lấy kết quả từ Laminar Flow Chọn mục Initial Values, trong mục temperature nhập Tm

Temperature 1

Trong Model Builderwindow, right-click Heat Transfer in Fluids chọn Temperature

Trong cửa sổ Temperature, mục Boundary Selection chọn Inlet.

Mục Temperature Nhập Tcooling

Temperature 2

Trong Model Builderwindow, right-click Heat Transfer in Fluids chọn Temperature Trong cửa sổ Temperature, mục Boundary Selection chọn Manual.chọn Boundary 29 Mục Temperature Nhập Td

Temperature 3

Trong Model Builderwindow, right-click Heat Transfer in Fluids chọn Temperature Trong cửa sổ Temperature, mục Boundary Selection chọn Manual.chọn Boundary 7 Mục Temperature Nhập Tnt

Temperature4

Trong Model Builderwindow, right-click Heat Transfer in Fluids chọn Temperature Trong cửa sổ Temperature, mục Boundary Selection chọn All Boundary sau đó bỏ các Boundary 1,7.19,26

Mục Temperature Nhập Tm

Outflow 1

Kích chuột phải Heat Transfer in Fluids chọn Outflow

Trong Outflowsettings window, cửa sổ Boundary Selection

Mục Selection chọn Outlet

LAMINARFLOW

Fluid Properties 1

Trong Model Builderwindow, dưới Model 1>Laminar Flow >Fluid Properties 1

Trong Fluid Properties, cửa sổ Model Input.Trong mục Temperature chọn Temperature (ht/ht)

7, Chọn MESH

Trong Model Builder, click Mesh 1

Trong Mesh settings window, cửa sổ Mesh Settings

Mục Element size, choose Extremely Coarse

Bấm Build All

8 , Giải bài tập

STUDY1

Trong Model Builder, click Study 1 ,trong cửa sổ Study ,click Compute

III - Kết Quả

Velocity (nitf)

Trong Model Builder, chọn Results chọn tiếp Velocity (nitf), chọn Slice 1

Trên Velocity (nitf), click Plot

Vận tốc dòng khí trong phòng biểu diễn dưới dạng slice

Từ hình trên cho thấy ,vận tốc lớn tại vị trí gần máy điều hòa phụt dòng khí ra,khi dòng khí ra xa thì vận tốc yếu dần,tại vị trí quạt thông gió thì vận tốc tăng lên

Trong Model Builder, chọn Results chọn tiếp Velocity (nitf), click chuột phải Velocity (nitf), chọn isosurface

Trên Velocity (nitf), click Plot

Vận tốc dòng khí trong phòng biểu diễn dưới dạng isosurface

Vận tốc dòng khí trong phòng biểu diễn dưới dạng isosurface

Từ kết quả vận tốc dòng khí trong phòng biểu diễn dưới dạng isosurface cho thấy vận tốc lớn nhất tại quạt thông gió khoảng 0.5 m\s.máy điều hòa phụt ra dòng khí lạnh với vận tốc 0.2m\s ra phòng,từ dòng khí này cũng tạo ra nhiều dòng khí có vận tốc nhỏ hơn chạy khắp phòng, điều này sẽ mang dòng khí lạnh lan tỏa ra nhiều hơn trong không gian trong phòng

Temperature (nitf) 1

Trong Model Builder click Results chọn Temperature (nitf) ,chọn slice

Trên Temperature (nitf) toolbar, click Plot

Nhiệt độ không khí trong phòng biểu diễn dưới dạng slice

Từ Nhiệt độ không khí trong phòng biểu diễn dưới dạng slice cho thấy không khí lạnh nhất tại hướng máy lạnh phụt dòng khí lạnh ra, sau đó nhiệt độ này lan tỏa dần ra

Trong Model Builder click Results chọn Temperature (nitf) ,click chuột phải Temperature (nitf) chọn isosurface

Trên Temperature (nitf) toolbar, click Plot

Nhiệt độ không khí trong phòng biểu diễn dưới dạng isosurface

Từ kết quả Nhiệt độ không khí trong phòng biểu diễn dưới dạng isosurface cho thấy ,nhiệt

độ máy lạnh bật 180C,với sự trợ giúp của vật tốc dòng khí phạt ra từ máy lạnh 0.2m\s, đã đưa nhiệt độ lan tỏa ra khắp phòng, nhiệt độ phòng từ 25 đến 28 0C Đây là nhiệt độ thích hợp cho phòng làm việc