tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật NGHIÊN cứu về TRAO đổi NHIỆT và KHỐI LƯỢNG GIỮA các PHA TRONG các QUÁ TRÌNH TRUYỀN SÓNG TRONG một số hỗn hợp CHẤT LỎNG CHỨA bọt

Hỗn hợp dạng này có tính chất đặc biệt, đó là sự kết hợp của các tính chấtphi tuyến vật lý mạnh, phân tán và hao tán năng lượng, Do hỗn hợp có tính chất đặc biệt như trên, đồng thờihỗn h

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

1 Tính cấp thiết của đề tài

Môi trường hai pha lỏng – khí thường tồn tại ở dạng hỗnhợp chất lỏng chứa bọt khí hòa tan ngưng tụ hoặc khônghòa tan không ngưng tụ Hỗn hợp dạng này có tính chấtđặc biệt, đó là có sự kết hợp của các tính chất phi tuyếnvật lý mạnh, phân tán và hao tán năng lượng, nên biểu

đồ mô tả các sóng có thể có nhiều dạng Do hỗn hợp cótính chất đặc biệt như trên, đồng thời hỗn hợp lại xuấthiện rất nhiều trong các lĩnh vực công nghiệp nănglượng, công nghệ hoá học, và các quá trình tự nhiên cho nên, sự hiểu biết về các hiện tượng và những hiệuứng bất thường có thể xuất hiện khi sóng áp suất lantruyền qua chất lỏng chứa bọt hơi như quá trao đổi nhiệt

và khối lượng giữa các pha là rất cần thiết Từ đó để giảiquyết hàng loạt các bài toán thực tế, như để phân tíchcác chế độ làm việc quá độ của các thiết bị năng lượng,phân tích tình huống hư hỏng và đảm bảo an toàn khikhai thác của các nhà máy điện nguyên tử, phân tích cáchiện tượng xâm thực trong các máy tuốc bin

2 Ý nghĩa của đề tài

Kết quả của luận văn có thể được sử dụng để để giảngdạy và kiểm định các thí nghiệm tại các trung tâm thínghiệm cao của trường của các bộ môn hoặc các phòngthí nghiệm khác về các vấn đề liên quan tới thủy - khíđộng lực học dòng chảy và động lực học môi trườngnhiều pha

Chương 1:

TỔNG QUAN1.1 THỰC TRẠNG CỦA VẤN ĐỀ

Môi trường hai pha lỏng- khí thường tồn tại ởdạng hỗn hợp chất lỏng chứa bọt khí hoà tan ngưng tụhoặc không hoà tan không ngưng tụ Hỗn hợp dạng này

có tính chất đặc biệt, đó là sự kết hợp của các tính chấtphi tuyến vật lý mạnh, phân tán và hao tán năng lượng,

Do hỗn hợp có tính chất đặc biệt như trên, đồng thờihỗn hợp lại xuất hiện nhiều trong các lĩnh vực côngnghiệp… cho nên sự hiểu biết về các hiện tượng vànhững hiệu ứng bất thường có thể xuất hiện khi sóng ápsuất lan truyền qua chất lỏng chứa bọt hơi như quá trìnhtương tác pha, quá trình trao đổi nhiệt và khối lượnggiữa các pha là rất cần thiết để giải quyết một loạt cácbài toán thực tế như để phân tích chế độ làm việc quá độcủa các thiết bị năng lượng, trong các hệ thống truyềndẫn thuỷ lực… Dẫn đến sự cấp thiết của việc nghiêncứu thuỷ động lực học về các quá trính sóng trong môitrường có bọt,

1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚCTrong công trình [18], các tác giả đã quan tâm ,nghiên cứu tới quá trình trao đổi nhiệt và khối lượnggiữa các pha khi có sóng xung kích lan truyền trong hỗnhợp và trường hợp phản xạ của sóng bởi tường cứng Đãchỉ ra được sụ ảnh hưởng của nó lên các quá trình lantruyền của sóng trong hỗn hợp hai pha

Nghiên cứu, phân tích và đánh giá quá trình traođổi nhiệt và khối lượng giữa các pha trong các quá trìnhlan truyền và quá trình tương tác sóng trong hai mô hìnhtrên

R p

p p p

0 2

; :

R p

p p p

0 2

);

( :

0

t p p

t p p

trong đó p b t và p L t là các xung tam giác có thể

biểu diễn như sau

; 1

2 0

2 1

2 2

1 1 0

1 1

0

t t

p

t t t

t t b t

b p

t t

t b p

; 1

4 0

4 3

4 4

3 3 0

3 3

0

t t

p

t t t

t t b t

b p

t t

t b p

t

p L

trong đó t1, t2, t3, t4 được xác định bằng độ dài của xung

áp suất ban đầu; các hệ số không âm b1, b2, b3, b4 là

cường độ của các xung áp suất

CHƯƠNG III:

MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘNG LỰC HỌC SÓNG LÊN QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI NHIỆT VÀ KHỐI LƯỢNG GIỮA CÁC PHA TRONG HỖN HỢP

3.1 QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI NHIỆT VÀ KHỐILƯỢNG GIỮA CÁC PHA KHI CÓ SÓNG XUNGKÍCH LAN TRUYỀN TRONG HỖN HỢP

3.1.1 QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI NHIỆT GIỮA CÁCPHA TRONG MỘT SỐ HỖN HỢP LỎNG- HƠI.3.1.1.1 Quá trình trao đổi nhiệt giữa các pha trong hỗnhợp dầu thô chứa bọt hơi

+ Sự phụ thuộc vào cường độ ban đầu của sóng xungkích

1

2 3

4

Hình 3 1: Quá trình truyền nhiệt xung quanh bọt từ

pha hơi sang pha lỏng khi xung áp suất lan truyền trong hỗn hợp của dầu thô khi  pmax =2

Hình 3.2: Quá trình truyền nhiệt xung quanh bọt từ

pha hơi sang pha lỏng khi xung áp suất lan truyền trong hỗn hợp của dầu thô khi  pmax = 2.5

1

2 3

Hình 3.3: Quá trình truyền nhiệt xung quanh bọt từ

pha hơi sang pha lỏng khi xung áp suất lan truyền trong hỗn hợp của dầu thô khi R0 = 0.001m

1 23 4

(b)

(c) 1 (d)

Hình 3.4: Quá trình truyền nhiệt xung quanh bọt từ

pha hơi sang pha lỏng khi xung áp suất lan truyền trong hỗn hợp của dầu thô khi R0 = 0.0012m

+ Sự phụ thuộc vào thể tích pha hơi

4 (b) 1

23 4 (c 1

4

(d) 1

Hình 3.5: Quá trình truyền nhiệt xung quanh bọt từ

pha hơi sang pha lỏng khi xung áp suất lan truyền trong hỗn hợp của dầu thô khi  20= 5%

4 (b) 1

2 3

4 (c) 1

Hình 3.6: Quá trình truyền nhiệt xung quanh bọt từ

pha hơi sang pha lỏng khi xung áp suất lan truyền trong hỗn hợp của dầu thô khi  20= 7%

3.1.1.2 Quá trình trao đổi nhiệt giữa các pha trong hỗnhợp Freon 21 chứa bọt hơi

Hình 3.13: Sự giảm nhiệt độ dọc theo ống xung kích khi

xung áp suất lan truyền trong các hỗn hợp lỏng- hơi củanước, dầu thô, freon 21 và nitơ lỏng ứng với các đường

cong

4

Hình 3.14: Sự giảm nhiệt độ xung quanh bọt khi xung

áp suất lan truyền trong các hỗn hợp lỏng- hơi của nước,dầu thô, freon 21 và nitơ lỏng ứng với các đường cong 3.1.1.3 Nhận xét

3.1.2 QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI KHỐI LƯỢNG GIỮACÁC PHA KHI CÓ SÓNG XUNG KÍCH LANTRUYỀN TRONG HỖN HỢP

3.1.2.1 Quá trình trao đổi khối lượng giữa các pha tronghỗn hợp dầu thôchứa bọt hơi

+ Sự phụ thuộc vào cường độ ban đầu của sóngxung kích

Hình 3 15: Quá trình trao đổi khối luợng giữa các pha

khi cường độ của xung  pmax = 2

Hình 3 16: Quá trình trao đổi khối luợng giữa các

pha trong khi cường độ của xung  pmax = 2.5

1

Hình 3 17: Quá trình trao đổi khối luợng giữa các pha

khi R0 = 0.0012m

Hình 3.36: Quá trình truyền nhiệt xung quanh bọt

từ pha hơi sang pha lỏng khi  pmax = 1.5, R0 =0.0012m

+Sự phụ thuộc vào thể tích pha hơi

2 34

1

2 3 4

Hình 3.37: Quá trình truyền nhiệt xung quanh bọt

từ pha hơi sang pha lỏng khi  pmax = 1.5, R0 =0.001m,  20= 0.3%

3.2.1.2 Quá trình trao đổi nhiệt giữa các pha trong hỗnhợp Freon 21 chứa bọt hơi

+ Sự phụ thuộc vào cường độ ban đầu của sóng xungkích

3.2.2.1 Quá trình trao đổi khối lượng giữa các pha tronghỗn hợp dầu thô chứa bọt hơi

+ Sự phụ thuộc vào cường độ ban đầu của sóng xungkích

+ Sự phụ thuộc vào bán kính bọt.

+Sự phụ thuộc vào thể tích pha hơi

3.2.2.2 Quá trình trao đổi khối lượng 8giữa các phatrong hỗn hợp Freon 21 chứa bọt hơi

+Sự phụ thuộc vào cường độ ban đầu của sóng xungkích

+Sự phụ thuộc vào cường độ ban đầu của sóng xungkích

khi khi có tương giác giữa sóng ngắn và sóng ngắntrong hỗn hợp dầu thô  pmax = 1.5, R0 = 0.001m,

Hình 3.45: Quá trình trao đổi khối lượng giữa các

pha khi khi có tương tác giữa sóng ngắn và sóngngắn trong hỗn hợp dầu thô  pmax = 2, R0 =0.001m,  20= 0.5%

+Sự phụ thuộc vào bán kính bọt

Hình 3.46: Quá trình trao đổi khối lượng giữa các pha

khi khi có tương giác giữa sóng ngắn và sóng ngắntrong hỗn hợp dầu thô R0 = 0.0012m,  pmax = 1.5,

Hình 3.47: Quá trình trao đổi khối lượng giữa các

pha khi khi có tương giác giữa sóng ngắn và sóngngắn trong hỗn hợp dầu thô khi  pmax = 1.5,R0 =

3.2.2.2 Quá trình trao đổi khối lượng giữa các pha tronghỗn hợp Freon 21 chứa bọt hơi

+Sự phụ thuộc và cường độ sóng xung kích

+Sự phụ thuộc vào bán kính bọt

+Sự phụ thuộc vào thể tích pha hơi

3.2.2.3 Nhận xét:

CHƯƠNG IVKẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN4.1 KẾT LUẬN

Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu về quá trìnhtrao đổi nhiệt và khối lượng giữa các pha trong các quátrình truyền sóng trong một số hỗn hợp chất lỏng chứabọt như: hỗn hợp của nước chứa bọt hơi, dầu thô chứabọt hơi, nitơ lỏng chứa bọt hơi và freon 21 chứa bọthơicó thể đưa ra một số kết luận sau:

4.1.1 Quá trình trao đổi nhiệt và khối lượng giữa cácpha khi có sóng xung kích lan truyền trong hỗn hợp

- Trường nhiệt độ của các lớp lỏng xung quanhbọt giảm khi khoảng cách từ các lớp chất lỏng tới tâmcủa bọt tăng

- Quá trình trao đổi nhiệt và khối lượng giữa cácpha trong hỗn hợp phụ thuộc và tính chất vật lý nhiệt

của hỗn hợp Đồng thời quá trình này giảm dần theochiều dài của ống.

- Quá trình trao đổi nhiệt và khối lượng giữa cácpha trong hỗn hợp phụ thuộc mạnh vào cường độ banđầu của sóng xung kích và vào nồng độ thể tích pha hơicòn phụ thuộc yếu vào bán kính bọt

- Khi sóng xung kích lan truyền trong hỗn hợplỏng – hơi thì cường độ của sóng bị giảm nên sự co néncủa bọt bị giảm dẫn đến sự trao đổi nhiệt và khối lượnggiữa các pha giảm Từ các kết quả phân tích cho thấyquá trình trao đổi nhiệt và khối lượng giữa các pha củanước mạnh hơn của dầu thô, mạnh hơn Freon21và mạnhhơn nhiều so với hỗn hợp của Nitơ lỏng

4.1.2 Quá trình trao đổi nhiệt và khối lượng giữa cácpha khi có tương tác giữa các sóng trong một số hỗnhợp lỏng- hơi

Ngoài các kết luận đã được trình bày trong quátrình lan truyền của sóng xung kích trong hỗn hợp, thìtrong quá trình tương tác sóng vấn đề trao đổi nhiệt vàkhối lượng giữa các pha có thể kết luận như sau:

- Quá trình trao đổi nhiệt và khối lượng giữa cácpha trong các hỗn hợp lỏng- hơi của nước, dầu thô,Freon 21 và nitơ lỏng tăng mạnh tại vùng xảy ra tươngtác sóng

- Quá trình trao đổi nhiệt và khối lượng giữa cácpha trong quá trình tương tác sóng phụ thuộc mạnh vào

cường độ ban đầu của sóng xung kích và nồng độ thểtích pha hơi còn phụ thuộc yếu vào bán kính bọt.

- Quá trình trao đổi nhiệt và khối lượng giữa cácpha trong quá trình tương tác sóng phụ thuộc mạnh vàotính chất vật lý của hỗn hợp Quá trình trao đổi nhiệt vàkhối lượng giữa các pha trong hỗn hợp lỏng hơi củanước mạnh hơn của dầu thô, mạnh hơn của Freon 21 vàmạnh hơn nhiều áo với hỗn hợp của Nitơ lỏng

4.2 KIẾN NGHỊ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO

Phân tích chế độ làm việc quá độ của các trạmnăng lượng, phân tích những điều kiện hư hỏng và đảmbảo sự an toàn khi khai thác của các nhà máy điệnnguyên tử, sử dụng buồng bọt trong khảo sát các hạt cơbản, phân tích hiện tượng xâm thực trong các máytuôcbin, sử dụng để khai thác dầu mỏ, vận chuyển vàchế biến dầu khí… Đó cũng là những vấn đề có thểnghiên cứu tiếp theo theo hướng luận văn này

TÀI LIỆU THAM KHẢOTiếng Việt.

1 Kôsin N.E., Kiben I.A., Rôze N.V (1975), Cơhọc chất lỏng lý thuyết, NXB KH & KT, tập1,2,3, Hà Nội

2 LanĐau L.D & Lifsitx E.M (2001), Thuỷ độnglực học, NXB KH & KT, Hà Nội

3 Xê Đôp L.I (1977), Cơ học môi trường liên tục,NXBĐH & THCN, Hà Nội

4 Dương Ngọc Hải (1987), “Sóng xung kích tronghỗn hợp dị thể lỏng với chất khí hoặc hơi”, Tạpchí Cơ học, 9(4), pp 3-8

5 Dương Ngọc Hải (1989), “ảnh hưởng của traođổi nhiệt - chất lên động lực học sóng của môitrường hai pha”, Tạp chí Cơ học, 11(3), pp 28-

32

6 Dương Ngọc Hải (2001), “Năng lượng nguyên

tử - an toàn hạt nhân và một số vấn đề nhiệt thuỷhọc”, Tuyển tập hội nghị khoa học toàn quốc về

Cơ học kỹ thuật, HàNội, pp 68 - 74

7 Dương Ngọc Hải, Nguyễn Văn Tuấn (2002),

“Hiện tượng sóng va trong hỗn hợp lỏng - hơi”,Tuyển tập công trình hội nghị Cơ học toàn quốclần thứ 7, Hà Nội, pp 177 - 184

8 Dương Ngọc Hải, Nguyễn Văn Tuấn (2002),

“Sóng phản xạ bởi tường cứng và tương tác sóngtrong một số hỗn hợp lỏng - hơi”, Tuyển tậpCông trình Hội nghị Cơ học toàn quốc lần thứ 7,

Hà Nội, pp 165 - 176

9 Nguyễn Văn Tuấn, Dương Ngọc Hải (2006) “Quá trình lan truyền và tương tác của các sóngngắn trong một số hỗn hợp lỏng-hơi” , Tuyển tậpcông trình Hội nghị Cơ học Thủy khí Toàn quốc,Vũng tàu , 26-28/7/2006 pp.515-526

Tiếng Anh

10 Duong Ngoc Hai and Nguyen Van Tuan (2002),

“Waves reflected by solid wall in the mixture ofliquid with vapour bubbles”, J Mechanics Vol

24, No 3, pp 167-180

11 Duong Ngoc Hai, Nguyen Van Tuan (1999) ,

“Shock Waves in some Mixture of Liquid andGas of two Components”, Trainning-scientific

workshop French-Vietnamese, Ha Noi, pp 79 –86.

12 Elperin T and Fominykh A (1995), “Heat andMass Transfer During Gas Hydrate Formation inGas-Liquid Slug Flow”, Pro of the 2nd Int.Conf on Multiphase Flow’95-Kyoto, Kyoto,Japan, pp IF2_15-IF2_22

13 Fujii T and Akagawa k (1995), “Waterhammers phenomena in one-component two-phase bubbly flow”, Proc of the Int Conf onMultiphase Flow’ 95, Kyoto, Japan, pp 1 - 22

14 Gasenko V.G (1977), “The Structure ofStasionary Shock Waves in Gas-Liquid Mixturewith Thermal Relaxation”, in: ThermophysicalInvestigation, Institute of Thermophysics SDAcademy of Sciences of the USSR, Novosibirsk,pp.42-46

15 Gubaidulin A.A., Beregova O.Sh andBekishev S.A (1998), “Features of Non-Stationary Shock Waves Propagation in Non-Newtonian Liquid with Gas Bubbles”, Pro ofInt Conf on Multiphase Flow, ICMF’98, Lyon,France, from CD - ICMF, Sesion 3.2, Unit 249

16 Kubie J (2000), “Velocity of lony Bubbles inHorizontally Oscillating Vertical Piper”, Int J.Multiphase Flow Vol 26, pp 339-349

17 Kwidzinki R., Karda D and Pribaturin N.A

(1998), “Experimental investigation of structure

of stationary shock wave and its interaction withtransient impulse of pressure in two-phaseflow”, Proc of Int Conf on Multiphase FlowICMF’ 98, Lyon, France, from CD - ICMF,Sesion 3.2, Unit 353

18 Duong Ngọc Hai and Nguyen Van Tuan,(2008), “Interphase Heat-Mass Transfer inBubbly Liquid and its Influence on WavePropagation Processes”, Proceedings of the 2ndInternational Forum on Heat Transfer,