Luận án tiến sĩ nghiên cứu quá trình truyền nhiệt trong dàn bay hơi và dàn ngưng tụ vi ống của bơm nhiệt

Sau giai đoạn nghiên cứu sơ khai với các công trình tiêu biểu vừa trình bày, hàng loạt nghiên cứu liên quan đến trao đổi nhiệt trong vi ống đã được tiến hành với điểm chung là hầu hết cá

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

HOÀNG ANH TUẤN

NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TRUYỀN NHIỆT

TRONG DÀN BAY HƠI VÀ DÀN NGƯNG TỤ VI ỐNG CỦA

BƠM NHIỆT

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NHIỆT

HÀ NỘI – 2020

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

HOÀNG ANH TUẤN

NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TRUYỀN NHIỆT

TRONG DÀN BAY HƠI VÀ DÀN NGƯNG TỤ VI ỐNG CỦA

BƠM NHIỆT

Ngành: Kỹ thuật nhiệt

Mã số: 9520115

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NHIỆT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

1 PGS.TS NGUYỄN NGUYÊN AN

2 PGS.TS HÀ MẠNH THƯ

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi, được thực hiện dưới

sự hướng dẫn khoa học của tập thể hướng dẫn Các kết quả nghiên cứu, bao gồm các nội dung lý thuyết, thực nghiệm đã tiến hành và số liệu trình bày trong luận án là trung thực và chưa được công bố bởi bất kỳ tác giả nào khác

Tập thể hướng dẫn

Hà nội, ngày tháng 8 năm 2020

Nghiên cứu sinh

PGS TS Nguyễn Nguyên An PGS TS Hà Mạnh Thư Hoàng Anh Tuấn

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã cho phép tôi được học tập và nghiên cứu trong thời gian qua

Tôi xin chân thành cảm ơn Viện đào tạo Sau đại học (nay là Phòng Đào tạo)

đã quan tâm hướng dẫn tôi các bước, các thủ tục cần thiết giúp tôi thực hiện và hoàn thành luận án

Tôi xin chân thành cảm ơn Viện Khoa học và Công nghệ Nhiệt – Lạnh đã quan tâm giúp đỡ và tổ chức các buổi báo cáo khoa học, các buổi bảo vệ cũng như các thủ tục để tôi hoàn thành luận án đến ngày hôm nay

Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể hướng dẫn, trong suốt thời gian qua đã nhiệt tình, tâm huyết hướng dẫn tôi thực hiện luận án

Xin cảm ơn các thầy, cô Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, các trường đại học trong nước và các đồng nghiệp đã giảng dạy, đóng góp ý kiến để tôi hoàn thành luận án này

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn Trường Cao đẳng nghề Công nghiệp và Trường Cao đẳng nghề Nghi Sơn, những nơi tôi đã từng công tác và đang công tác, trong thời gian thực hiện luận án đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành nhiệm

vụ đến ngày hôm nay

Hà nội, ngày tháng 8 năm 2020

Nghiên cứu sinh

Hoàng Anh Tuấn

1.2 Tình hình nghiên cứu về truyền nhiệt trong vi ống 19

1.2.1.1 Các nghiên cứu về trao đổi nhiệt khi sôi và ngưng trong vi

ống

20

b) Các công trình thực nghiệm với mô hình lý thuyết bán thực

1.2.3 Nhận xét về tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 36

Chương 2 Xây dựng lý thuyết tính toán quá trình sôi và ngưng tụ

của dòng môi chất trong vi ống

39

2.1 Các chế độ lưu động của dòng 2 pha trong ống thông

thường và vi ống

39

2.1.1 Chế độ lưu động của dòng 2 pha trong ống thông thường 39

2.2 Xây dựng hệ phương trình vi phân mô tả các quá trình 42

2.2.4.1 Cơ chế trao đổi năng lượng của quá trình sôi và ngưng tụ

trong vi ống

48

2.2.4.2 Phương trình vi phân năng lượng cho quá trình sôi 49 2.2.4.3 Phương trình vi phân năng lượng cho quá trình ngưng tụ 51

2.4 Phương pháp xác định chiều dày lớp lỏng hình xuyến 52

3.2.6.2 Phương pháp xác định hệ số trao đổi nhiệt đối lưu và các

đại lượng liên quan

90

4.2 Đánh giá độ tin cậy của mô hình mô phỏng đã xây dựng 88 4.3 Khảo sát sự thay đổi của hệ số trao đổi nhiệt đối lưu 90 4.3.1 Sự thay đổi của hệ số trao đổi nhiệt đối lưu theo áp suất 91 4.3.2 Sự thay đổi của hệ số trao đổi nhiệt đối lưu theo tốc độ

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Các ký hiệu theo chữ cái La-tinh

N Số lượng phân tố sai phân, công cấp cho máy nén đoạn, J, kJ

Các ký hiệu theo chữ cái Hy-lạp

Các chỉ số dưới và chữ viết tắt

1 Bên trong, mặt trong ống

2 Bên ngoài, mặt ngoài ống

e Sôi, bay hơi

exp Thực nghiệm (kết quả)

i Thứ tự phân tố sai phân

j Thứ tự phân tố sai phân

l - h Tại mặt phân pha lỏng – hơi

o Sôi, bay hơi

pl Đẳng áp, pha lỏng

ph Đẳng áp, pha hơi

sim Mô phỏng (kết quả)

tb Trung bình

w Tại bề mặt ống (vách trong của vi ống)

AC Điện xoay chiều

CFD Chỉ phương pháp mô phỏng động lực học chất lỏng (Computational

Fluid Dynamic)

DC Điện một chiều

MPE Chỉ cấu tạo ống nhôm vi ống kiểu đa kênh, gia công bằng phương

pháp đùn ép (Multi Port Extruded) TĐN Trao đổi nhiệt

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật của các thiết bị bơm nhiệt 67

Bảng 4.1 Tổng hợp kết quả thực nghiệm và mô phỏng cho quá trình sôi 87 Bảng 4.2 Tổng hợp kết quả thực nghiệm và mô phỏng cho quá trình

ngưng tụ

88

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.2 Dàn ngưng tụ làm mát bằng không khí, đối lưu cưỡng bức 10 Hình 1.3 Dàn ngưng tụ làm mát bằng không khí, đối lưu tự nhiên 11 Hình 1.4 Bình ngưng tụ làm mát bằng nước, kiểu ống chùm nằm ngang 11

Hình 1.7 Bình bay hơi với môi chất lạnh Freon, kiểu ống vỏ nằm ngang 13

Hình 1.9 Cấu tạo vi ống và cánh tăng cường trong dàn trao đổi nhiệt

điều hoà ôtô

15

Hình 1.10 Kích thước một “dãy” vi ống dùng trong thiết bị trao đổi

nhiệt

16

Hình 1.11 Thiết bị hồi nhiệt dùng vi ống có khả năng chịu áp tới 1000

PSI (tương đương 68,9 bar)

16

Hình 1.12 Dàn bay hơi làm lạnh không khí dùng vi ống, khả năng chịu

áp tới 1000 PSI (tương đương 68,9 bar)

17

Hình 1.13 Dàn ngưng tụ giải nhiệt gió dùng vi ống, khả năng chịu áp

1000 PSI (tương đương 68,9 bar)

17

Hình 1.14 Bình ngưng tụ kiểu ống – vỏ chịu áp suất cao dùng vi ống,

môi chất lạnh đi bên trong vi ống, nước làm mát đi bên ngoài vi ống

18

Hình 1.15 Dàn ngưng nhà máy nhiệt điện dùng vi ống gồm 6 đơn

nguyên, năng suất thải nhiệt 680 MW/đơn nguyên (vi ống

có đường kính ngoài 1.27 mm, đường kính trong 0.9652 mm làm bằng thép không gỉ

18

Hình 2.1 Các chế độ lưu động chính của dòng 2 pha trong ống 39

Hình 2.2 Chế độ lưu động của dòng 2 pha trong ống khi bỏ qua lực

trọng trường

40

Hình 2.3 Hệ toạ độ trụ và phân tố khảo sát trong lớp lỏng hình xuyến 44

Hình 2.5 Bảo toàn khối và cân bằng năng lượng trong phân tố đang

khảo sát

47

Hình 2.6 Lưu đồ thuật toán xác định chiều dày lớp lỏng hình xuyến

trong quá trình sôi

54

Hình 2.7 Lưu đồ thuật toán xác định chiều dày lớp lỏng hình xuyến

trong quá trình ngưng tụ

55

Hình 2.8 Mô hình rời rạc các quá trình bên trong vi ống 56 Hình 2.9 Thuật toán xác định hệ số trao đổi nhiệt đối lưu 59 Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống thực nghiệm xác định hệ số trao

đổi nhiệt đối lưu của quá trình sôi và ngưng tụ trong vi ống

63

Hình 3.2 Ảnh chụp hệ thống thực nghiệm xác định hệ số trao đổi

nhiệt đối lưu của quá trình sôi và ngưng tụ trong vi ống (mặt trước)

65

Hình 3.3 Ảnh chụp hệ thống thực nghiệm xác định hệ số trao đổi

nhiệt đối lưu của quá trình sôi và ngưng tụ trong vi ống (mặt sau)

66

Hình 3.5 Cấu tạo kênh dẫn nước bao quanh dàn vi ống thử nghiệm 70

Hình 3.7 Dây cặp nhiệt gắn (hàn thiếc) trên bề mặt vách vi ống 72 Hình 3.8 Ảnh chụp dây cặp nhiệt gắn (hàn thiếc) trên bề mặt vách vi

ống

73

Hình 3.9 Sơ đồ nguyên lý hệ thống đo và tự ghi số liệu 74

Hình 3.11 Mô hình tính toán hệ số trao đổi nhiệt đối lưu và các đại

lượng liên quan

79

Hình 3.12 Phương pháp xác định hệ số trao đổi nhiệt đối lưu phía

ngoài vi ống

81

Hình 4.1 Sai lệch giữa kết quả mô phỏng và số liệu thực nghiệm của

hệ số trao đổi nhiệt đối lưu trung bình cho quá trình sôi

89

Hình 4.2 Sai lệch giữa kết quả mô phỏng và số liệu thực nghiệm của

hệ số trao đổi nhiệt đối lưu trung bình cho quá trình ngưng

tụ

90

Hình 4.3 Sự phụ thuộc của hệ số trao đổi nhiệt trung bình vào áp suất

môi chất cho quá trình sôi

91

Hình 4.4 Sự phụ thuộc của hệ số trao đổi nhiệt trung bình vào áp suất

môi chất cho quá trình ngưng tụ

91

Hình 4.5 Sự phụ thuộc của hệ số trao đổi nhiệt trung bình vào tốc độ

khối môi chất cho quá trình sôi

92

Hình 4.6 Sự phụ thuộc của hệ số trao đổi nhiệt trung bình vào tốc độ

khối môi chất cho quá trình ngưng tụ

93

có khả năng cho hiệu suất cao, bơm nhiệt sử dụng để cấp nhiệt đang là một giải pháp rất được quan tâm

Người ta dùng bơm nhiệt để chuyển một lượng nhiệt từ nguồn nhiệt có nhiệt

độ thấp hơn (nguồn lạnh) tới nguồn nhiệt có nhiệt độ cao hơn (nguồn nóng) với tiêu hao năng lượng nhỏ hơn từ 3 đến 6 lần lượng nhiệt nhận được tại nguồn nóng Nhiệt nhận được tại nguồn nóng có thể sử dụng để đun nước nóng, sưởi ấm, sấy khô vật liệu… và nhiệt do bơm nhiệt lấy đi từ nguồn lạnh có thể dùng để làm lạnh trong điều hoà không khí, làm lạnh trong cấp đông và bảo quản thực phẩm… cũng như dùng để tách ẩm từ không khí trong các quá trình sấy nhiệt độ thấp Trước đây, người ta chỉ

sử dụng bơm nhiệt để cung cấp nhiệt cho nguồn nóng hoặc để lấy nhiệt từ nguồn lạnh Tuy nhiên hiện nay, người ta đã chế tạo ra các bơm nhiệt để vừa cung cấp nhiệt cho nguồn nóng, vừa lấy nhiệt từ nguồn lạnh và nhờ đó, hiệu quả của thiết bị bơm nhiệt được tăng lên rất nhiều Máy điều hoà không khí có chức năng dùng nhiệt thải của dàn ngưng tụ để đun nước nóng, máy sấy lạnh vừa sử dụng nhiệt dàn lạnh để tách

ẩm vừa sử dụng nhiệt dàn nóng để gia nhiệt là những thiết bị như vậy

Sự phát triển ngày một gia tăng của bơm nhiệt tuy rất hữu ích như đã phân tích nhưng cũng gây những ảnh hưởng không nhỏ đến môi trường xung quanh như đòi

hỏi một lượng lớn nguyên vật liệu để chế tạo các thiết bị trao đổi nhiệt; Các thiết bị bơm nhiệt luôn sử dụng một hợp chất hoá học (môi chất lạnh) làm chất trung gian giúp thực hiện các quá trình chuyển đổi năng lượng, do đó, cũng tiêu tốn một lượng lớn vật tư hoá chất để sản xuất các môi chất lạnh này và trong quá trình sử dụng bơm nhiệt, một lượng lớn môi chất lạnh sẽ thải ra, gây ô nhiễm môi trường xung quanh Ngoài ra, tuy đã được nghiên cứu từ lâu nhưng cho đến nay, hiệu suất của các thiết

bị bơm nhiệt vẫn còn kém khá xa so với hiệu suất “lý tưởng” mà chu trình Các-nô có thể đạt được Vì vậy, có thể thấy rất rõ là việc nâng cao hiệu suất bơm nhiệt, việc giảm lượng nguyên vật liệu chế tạo thiết bị trao đổi nhiệt của bơm nhiệt, cũng như việc giảm lượng môi chất lạnh sử dụng cho bơm nhiệt đang là những vấn đề hết sức cấp thiết trong nghiên cứu bơm nhiệt Hiện nay, sử dụng “vi ống” đang được xem là giải pháp hiệu quả cho cả 3 vấn đề cấp thiết vừa nêu

Thuật ngữ “vi ống” được sử dụng để chỉ những ống dẫn lưu chất có kích thước

bé hơn các ống thông thường Tuy chưa có định nghĩa rõ ràng về kích thước của các

vi ống nhưng trong kỹ thuật, các ống có đường kính trong nhỏ hơn 2 mm có thể được coi là vi ống Các ống với kích cỡ nhỏ như vậy thường được gọi là “ống mao” và trong kỹ thuật lạnh và bơm nhiệt, chúng thường được sử dụng với vai trò của bộ phận tiết lưu, giúp giảm áp suất môi chất một cách đột ngột và nhờ đó, giúp giảm nhiệt độ môi chất ở đầu ra đến mức cần thiết, phục vụ cho các quá trình làm lạnh cũng như lấy nhiệt từ môi trường Vi ống cũng được sử dụng nhiều trong y khoa để chế tạo các chi tiết nhỏ, cấy ghép vào cơ thể con người Trong công nghiệp, vi ống còn được sử dụng để chế tạo các thiết bị trao đổi nhiệt giúp thực hiện các quá trình như gia nhiệt, làm lạnh, thu hồi và tận dụng các nguồn nhiệt thải… Thời gian gần đây, do tiến bộ

về công nghệ chế tạo, vi ống đã bắt đầu được sử dụng trong chế tạo các thiết bị trao đổi nhiệt của bơm nhiệt, giúp nâng cao hiệu quả hoạt động, giảm chi phí nguyên vật liệu chế tạo cũng như giảm mức độ phát thải môi chất lạnh ra môi trường do việc sử dụng các bơm nhiệt gây ra Những lợi ích của việc áp dụng vi ống trong chế tạo thiết

bị trao đổi nhiệt của bơm nhiệt bao gồm:

- Do có đường kính nhỏ nên khả năng chịu chênh lệch áp suất của vi ống rất cao Vì vậy, chiều dày vách của các vi ống nhỏ hơn rất nhiều so với ống thông

thường và nhờ đó, vi ống giúp giảm đáng kể lượng nguyên vật liệu chế tạo thiết bị Với cùng năng suất trao đổi nhiệt và cùng loại vật liệu, vi ống có thể giúp giảm hơn 3 lần khối lượng vật liệu chế tạo dàn bay hơi và dàn ngưng tụ của bơm nhiệt;

- Tỉ số giữa thể tích trong và diện tích bề mặt trong, V/F, của các ống tròn tỉ lệ với đường kính trong của ống, d Dễ dàng chứng minh được quan hệ giữa 2 đại lượng này tuân theo công thức V/F = d/4 nên khi sử dụng vi ống, đường kính d có thể giảm tới 10 lần so với ống thông thường và tỉ số V/F cũng sẽ

giảm ở mức như vậy Với cùng diện tích bề mặt trao đổi nhiệt (có thể coi là

diện tích bề mặt trong ống F), thể tích chứa môi chất lạnh (chính là thể tích trong của ống V) sẽ giảm cỡ 10 lần trong trường hợp này, do đó, sẽ giảm được

khoảng 10 lần lượng môi chất lạnh chứa trong dàn

- Quá trình trao đổi nhiệt đối lưu giữa một dòng lưu chất chuyển động bên trong với bề mặt của ống dẫn được coi là chỉ xảy ra ở lớp mỏng sát bề mặt vách (lớp biên nhiệt) Khi đường kính ống giảm, phần thể tích bên trong ống tham gia trực tiếp vào quá trình trao đổi nhiệt (tích số của chiều dày lớp biên, chu vi ống và chiều dài ống) so với toàn bộ thể tích trong của ống sẽ tăng lên Do vậy, về định tính, hiệu quả trao đổi nhiệt của các dàn vi ống sẽ lớn hơn so với dàn thông thường

Để giảm thời gian cũng như tăng độ chính xác trong việc tính toán, thiết kế các dàn trao đổi nhiệt vi ống dùng trong bơm nhiệt; để tăng độ chính xác trong mô phỏng các dàn trao đổi nhiệt vi ống, qua đó rút ngắn thời gian cũng như giảm chi phí chế tạo thử nghiệm các dàn vi ống… rất cần có những nghiên cứu chuyên sâu về “quá trình truyền nhiệt trong dàn bay hơi và dàn ngưng tụ vi ống của bơm nhiệt” Đó chính

là lý do lựa chọn đề tài của luận án tiến sỹ này Trong quá trình thực hiện, luận án đã được hoàn thành với mục đích nghiên cứu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu, ý nghĩa khoa học và thực tiễn, cũng như các kết quả mới như trình bày sau đây

Mục đích nghiên cứu

Mục đích nghiên cứu của luận án tiến sỹ này là đề xuất một phương pháp xác định hệ số trao đổi nhiệt khi sôi và khi ngưng của dòng môi chất chuyển động bên trong vi ống của dàn trao đổi nhiệt của bơm nhiệt

Thời gian gần đây, để năng cao độ chính xác cũng như theo xu thế tin học hoá

và tự động hoá đã len sâu vào nhiều lĩnh vực, người ta thường xây dựng các phần mềm phần tử hữu hạn hỗ trợ việc tính toán, thiết kế và mô phỏng các dàn trao đổi nhiệt nói chung, dàn trao đổi nhiệt của bơm nhiệt nói riêng Theo đó, một dàn trao đổi nhiệt thường được chia thành nhiều phần tử, chi tiết đến từng đoạn của một ống (gọi là đoạn ống sai phân) và việc tính toán, mô phỏng sẽ được bắt đầu với mỗi đoạn ống sai phân này Sau đó, kết quả tính toán, mô phỏng cho mỗi đoạn ống sai phân sẽ được kết hợp với nhau thành kết quả tính toán, mô phỏng cho toàn bộ dàn trao đổi nhiệt Dựa trên các kết quả tính toán, mô phỏng cho toàn bộ dàn trao đổi nhiệt này, các phần mềm hỗ trợ thiết kế sẽ được xây dựng

Để theo kịp xu thế tin học và tự động hoá trong lĩnh vực tính toán, thiết kế và

mô phỏng dàn trao đổi nhiệt đó, luận án được tiến hành với mục đích nghiên cứu cụ thể là xác định hệ số trao đổi nhiệt cục bộ dọc theo chiều dài vi ống có dòng môi chất sôi và ngưng tụ bên trong Tuy nhiên, để phù hợp với một số phương pháp tính toán, thiết kế dàn trao đổi nhiệt đang được áp dụng rộng rãi hiện nay (như phương pháp tính theo độ chênh nhiệt độ trung bình Logarite), luận án cũng sẽ trình bày các kết quả về hệ số trao đổi nhiệt trung bình trên toàn bộ chiều dài vi ống, được tính từ hệ

số trao đổi nhiệt cục bộ đã xác định

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài luận án được xác định là “quá trình truyền nhiệt trong dàn bay hơi và dàn ngưng tụ vi ống của bơm nhiệt” Chỉ xét riêng “quá trình truyền nhiệt trong dàn bay hơi và dàn ngưng tụ”, chưa đề cập tới vi ống, đây đã

là một lĩnh vực khá rộng, bao hàm nhiều quá trình cũng như cơ chế truyền nhiệt trong

đó Do vậy, luận án đã được thực hiện với phạm vi nghiên cứu tập trung vào 2 quá trình chính, có mức độ ảnh hưởng lớn đến hoạt động của toàn hệ thống bơm nhiệt nói chung, cũng như của dàn bay hơi và dàn ngưng tụ nói riêng Hai quá trình chính này

là quá trình sôi của môi chất lạnh trong dàn bay hơi và quá trình ngưng tụ của môi chất lạnh trong dàn ngưng tụ

Ý nghĩa khoa học

Luận án đã được tiến hành với các ý nghĩa khoa học như sau:

- Đóng góp hiểu biết về hiện tượng cũng như các quá trình nhiệt vật lý liên quan đến đối tượng và phạm vi nghiên cứu đã chọn Cụ thể, trong luận án này, chiều dày lớp lỏng bám trên vách ống có ảnh hưởng quyết định đến hệ số trao đổi đối lưu cho cả hai trường hợp sôi và ngưng; chiều dày đó chịu ảnh hưởng lớn của hiện tượng kéo – trượt của lõi hơi xảy ra tại bề mặt phân pha lỏng – hơi, cũng như cường độ của chính quá trình sôi và ngưng đang xem xét

- Từ các hiểu biết về hiện tượng và quá trình nhiệt vật lý liên quan mà cụ thể, trong luận án này, là các cơ chế “bào mòn” và suy giảm của lớp lỏng bám trên vách ống với quá trình sôi, cũng như cơ chế hình thành và phát triển của lớp lỏng bám trên vách ống với quá trình ngưng, xây dựng mô hình toán mô tả đối tượng nghiên cứu Mô hình toán được xây dựng có kể đến đặc điểm của hiện tượng khi xảy ra trong vi ống là lớp lỏng ở đây không thể coi là “phẳng” như đối với các ống thông thường

- Trên cơ sở mô hình toán đã có, luận án đã xây dựng thuật toán giải hệ phương trình vi phân cùng các phương trình mô tả điều kiện biên và các hiện tượng nhiệt vật lý liên quan; lập trình giải mô hình toán theo thuật toán đã có để thu được kết quả cuối cùng là hệ số trao đổi nhiệt đối lưu cục bộ của quá trình sôi

và ngưng trong vi ống Từ kết quả về hệ số trao đổi nhiệt đối lưu cục bộ thu được, luận án đã tiến hành xác định hệ số trao đổi nhiệt đối lưu trung bình cho toàn bộ chiều dài đoạn vi ống nghiên cứu Các hệ số trao đổi nhiệt đối lưu cục

bộ và hệ số trao đổi nhiệt đối lưu trung bình này là các đại lượng có thể sử dụng trong tính toán, thiết kế và mô phỏng các thiết bị bay hơi và thiết bị ngưng

tụ vi ống sau này

Ý nghĩa thực tiễn

Luận án đã có những đóng góp về thực tiễn sau đây:

- Xác định hệ số trao đổi nhiệt đối lưu cục bộ của quá trình sôi và ngưng trong

vi ống là một việc không dễ ngay cả với điều kiện nghiên cứu thuận lợi, có mức đầu tư lớn như ở một số nơi trên thế giới Để xác định được các giá trị cục bộ của đại lượng này, cần thiết phải xác định được dòng nhiệt trao đổi cục

bộ tại tất cả các vị trí dọc theo chiều dài đoạn ống đang nghiên cứu Chính việc làm này đã làm cho hiện tượng xảy ra trong quá trình nghiên cứu không còn

“tự nhiên” như khi nó xảy ra trong thực tế các thiết bị bay hơi và ngưng tụ của bơm nhiệt Cụ thể, để xác định được dòng nhiệt cục bộ, các quá trình thường được nghiên cứu với điều kiện nhiệt độ bề mặt ống là hằng số hoặc mật độ dòng nhiệt cục bộ qua vách ống là hằng số Trên cơ sở phương pháp Wilson

do nhà khoa học E.E Wilson đề xuất năm 1915, luận án đã xây dựng được hệ thống thí nghiệm cùng phương pháp và phần mềm xử lý số liệu giúp xác định được giá trị cục bộ của hệ số trao đổi nhiệt đối lưu dọc theo chiều dài vi ống Điểm khác biệt giữa phương pháp đề xuất trong luận án với phương áp Wilson (1915) là không cần biết trước (hoặc giả thiết) dạng hàm của hệ số trao đổi nhiệt đối lưu phía ngoài ống; thay vào đó, hệ số trao đổi nhiệt đối lưu phía ngoài ống, theo phương pháp do luận án đề xuất, được tính toán trực tiếp bằng phần mềm sai phân hữu hạn Ở đây, khi xác định được hệ số trao đổi nhiệt đối lưu phía ngoài ống, kết hợp với nhiệt độ bề mặt ống được đo trực tiếp, dòng nhiệt cục bộ qua vách ống và hệ số trao đổi nhiệt đối lưu cục bộ bên trong ống cũng sẽ được xác định

- Từ kết quả về hệ số trao đổi nhiệt cục bộ, được xác định cho nhiều quá trình sôi và ngưng tụ khác nhau, cũng như được xác định bằng cả thực nghiệm và

mô hình lý thuyết, luận án đã tính được hệ số trao đổi nhiệt trung bình cho toàn

bộ chiều dài đoạn vi ống tương ứng Trên cơ sở đó, luận án đã đề xuất được một số công thức hồi quy thực nghiệm giúp xác định các đại lượng này một cách đơn giản, thuận lợi khi áp dụng thực tế Đây là một hướng triển khai, theo nghiên cứu sinh, rất có tiềm năng phổ biến và cần được tiếp tục trong tương lai

Kết quả mới của luận án

- Mô hình toán do luận án đề xuất đã mô tả được 2 đặc điểm quan trọng của quá trình sôi và ngưng tụ trong vi ống là hiện tượng “cong” của lớp lỏng bám trên vách ống cũng như hiện tượng kéo – trượt của lõi hơi với lớp lỏng này

- Phương pháp và phần mềm giải mô hình toán do luận án đề xuất được lập trình trong EES có tốc độ tính toán nhanh và khả năng kết nối dễ dàng với các phần mềm mô phỏng khác, giúp tạo ra các phần mềm/ hệ thống phần mềm mô phỏng

có khả năng giải được các bài toán kỹ thuật lớn hơn Đây là một yếu tố quan trọng giúp đưa kết quả nghiên cứu vào áp dụng thực tiễn vì trong môi trường nghiên cứu – phát triển ngày nay, việc phát triển các công cụ hỗ trợ tính toán, thiết kế cũng như thử nghiệm bằng mô hình ảo (mô phỏng bằng máy tính) là một hướng đi tất yếu

- Hệ thống nghiên cứu thực nghiệm cùng phương pháp và phần mềm xử lý số liệu do luận án xây dựng có thể xác định được hệ số trao đổi nhiệt đối lưu cục

bộ và trung bình cho cả quá trình sôi và ngưng tụ trong vi ống Các quá trình sôi và ngưng tụ được nghiên cứu trong mô hình thực nghiệm do luận án xây dựng có các đặc điểm và điều kiện làm việc tương tự như khi chúng xảy ra trong hệ thống bơm nhiệt thực tế Cụ thể, quá trình sôi xảy ra với trạng thái môi chất là bão hoà ẩm ở đầu vào (do hiệu ứng tiết lưu) và môi chất được lưu động qua vi ống nhờ năng lượng do một máy nén lạnh cung cấp nên quá trình chịu ảnh hưởng của dầu bôi trơn lẫn trong môi chất cũng như bám trên bề mặt ống

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU TRUYỀN NHIỆT TRONG VI ỐNG 1.1 Thiết bị trao đổi nhiệt trong bơm nhiệt

1.1.1 Nguyên lý hoạt động của bơm nhiệt

Bơm nhiệt và máy lạnh là hai loại máy có cùng nguyên lý hoạt động, hoạt động theo chu trình máy nhiệt ngược chiều và về bản chất, chúng đều giúp chuyển một lượng nhiệt từ môi trường có nhiệt độ thấp, được gọi là nguồn nhiệt lạnh (hay nguồn lạnh), sang môi trường có nhiệt độ cao hơn, được gọi là nguồn nhiệt nóng (hay nguồn nóng) Thông thường, khi nhiệt trao đổi ở nguồn lạnh được sử dụng để làm lạnh các vật hay môi trường, ta có một máy lạnh Ngược lại, khi nhiệt trao đổi ở nguồn nóng được sử dụng để gia nhiệt cho các vật hay môi trường, ta có một bơm nhiệt Gần đây, do nhu cầu tiết kiệm năng lượng ngày một tăng cao, người ta có xu hướng sử dụng nhiệt trao đổi ở cả nguồn nóng và nguồn lạnh Trường hợp này, máy cũng được gọi là bơm nhiệt Cuối cùng, khi thuật ngữ “bơm nhiệt” dần trở nên quen thuộc, đôi lúc, người ta cũng dùng nó để chỉ tất cả các loại máy nhiệt ngược chiều, bất kể nó được ứng dụng để “lấy” nhiệt ở nguồn nóng hay nguồn lạnh Trong luận án này, thuật ngữ “bơm nhiệt” được dùng với nghĩa bao quát nhất, tức là chỉ tất cả các loại máy hoạt động theo chu trình ngược chiều

Máy nén

Thiết bị tiết lưu

Thiết bị ngưng tụ

Thiết bị bay hơi

Một hệ thống bơm nhiệt gồm có bốn thành phần cơ bản là máy nén, thiết bị ngưng tụ, thiết bị tiết lưu và thiết bị bay hơi, được kết nối với nhau theo sơ đồ hình 1.1 Để có thể thực hiện được các chức năng như vừa giới thiệu, bơm nhiệt được

“nạp” một loại chất môi giới, thường được gọi là môi chất lạnh Nhờ có năng lượng nhận được từ máy nén, môi chất lạnh sẽ chuyển động qua các thiết bị theo một chu trình khép kín, với thứ tự (1 – 2 – 3 – 4) như được ký hiệu trên hình vẽ Trong đó, (1 – 2) là quá trình xảy ra trong máy nén, có chức năng nâng nhiệt độ và áp suất của môi

chất lạnh lên một mức cao để nó có thể nhả nhiệt Q c cho nguồn nóng; (2 – 3) là quá

trình môi chất lạnh nhả nhiệt Q c cho nguồn nóng để trở về trạng thái có nhiệt độ thấp (nhưng vẫn cao hơn nhiệt độ nguồn nóng) và vẫn ở mức áp suất cao Để đồng thời hạ

áp suất và nhiệt độ, giúp nó có thể nhận nhiệt từ môi trường có nhiệt độ thấp, môi chất lạnh sẽ phải thực hiện quá trình tiết lưu (3 – 4) trong thiết bị tiết lưu Sau khi ra khỏi thiết bị tiết lưu, môi chất lạnh có nhiệt độ và áp suất đủ thấp để có thể nhận nhiệt

Q o từ nguồn lạnh trong quá trình (4 – 1)

Về lý thuyết, trong quá trình tiết lưu, môi chất lạnh không trao đổi công và nhiệt với môi trường xung quanh Do vậy, khi xét cân bằng năng lượng của các quá

trình trong 3 thiết bị còn lại, ta có thể xác định được công cần cấp cho máy nén, N,

có giá trị chính bằng (Q c – Q o) Do đó, về mặt số lượng, ta luôn thu được nhiệt lượng

tại nguồn nóng, Q c , lớn hơn công tiêu hao cho máy nén, N Đây chính là một trong

những lý do mà bơm nhiệt được sử dụng để cấp nhiệt thay cho các phương pháp truyền thống như dùng dây điện trở và đốt nhiên liệu hoá thạch…

1.1.2 Tổng quan về thiết bị trao đổi nhiệt dùng cho bơm nhiệt

Thiết bị ngưng tụ và thiết bị bay hơi được giới thiệu trong sơ đồ Hình 1.1 là các thiết bị trao đổi nhiệt chính của bơm nhiệt Tuỳ thuộc vào mục đích và phạm vi nhiệt độ sử dụng, bơm nhiệt còn có thể được trang bị các thiết bị trao đổi nhiệt phụ như thiết bị hồi nhiệt, trao đổi nhiệt trung gian Tuy nhiên, về mức độ ảnh hưởng, các thiết bị ngưng tụ và thiết bị bay hơi luôn đóng vai trò chính, quyết định đến hiệu quả năng lượng của bơm nhiệt Vì vậy, luận án sẽ chỉ tập trung nghiên cứu các quá trình trao đổi nhiệt xảy ra trong 2 loại thiết bị trao đổi nhiệt chính này

đó ảnh hưởng đến hiệu quả và độ an toàn làm việc của toàn hệ thống lạnh Khi trao đổi nhiệt của thiết bị ngưng tụ kém hiệu quả, áp suất và nhiệt độ ngưng tụ tăng làm máy nén làm việc quá tải, năng suất lạnh giảm, hiệu suất của hệ thống giảm… Thêm vào đó, vấn đề áp suất và nhiệt độ ngưng tụ tăng còn làm cho nhiệt độ môi chất trong

và cuối quá trình nén tăng, gây ảnh hưởng đến dầu bôi trơn và làm giảm hiệu quả bôi trơn các chi tiết chuyển động trong máy nén… dẫn đến máy nén có thể bị sự cố

Căn cứ vào môi trường làm việc, tính năng sử dụng, đặc điểm cấu tạo người

ta chia thiết bị ngưng tụ thành:

- Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng không khí (đối lưu tự nhiên và cưỡng bức);

- Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước gồm: Bình ngưng ống vỏ nằm ngang, thẳng đứng, dàn ngưng kiểu tưới, kiểu nhúng trong bể …;

- Thiết bị ngưng tụ kiểu kết hợp giữa nước và không khí (thiết bị ngưng tụ kiểu bay hơi)

Hình 1.2 Dàn ngưng tụ làm mát bằng không khí, đối lưu cưỡng bức [1]

1 - Ống trao đổi nhiệt; 2 - Vỏ dàn; 3 - Ống lắp quạt; 4 - Hơi ra

Hình 1.3 Dàn ngưng tụ làm mát bằng không khí, đối lưu tự nhiên [1]

Hình 1.5 Thiết bị ngưng tụ làm mát kiểu bay hơi [1]

1 - Ống trao đổi nhiệt; 2 - Dàn phun nước; 3 - Lồng quạt; 4 - Mô tơ quạt; 5 - Bộ chắn nươc; 6 - Ống gas vào; 7 - Ống góp; 8 - Ống cân bằng; 9 - Đồng hồ áp suất;

10 - Ống lỏng ra; 11 - Bơm nước; 12 - Máng hứng nước;

13 - Xả đáy bể nước; 14 - Xả tràn

Hình 1.6 Dàn ngưng tụ kiểu tưới [1]

1 - Máng cấp nước; 2 - Xả tràn; 3 - Đầu lấy nước; 4 - Nước tuần hoàn; 5 - Xả dầu;

1.1.2.2 Thiết bị bay hơi

Thiết bị bay hơi làm nhiệm vụ giúp môi chất lạnh lỏng nhận nhiệt và hóa hơi, được sử dụng để làm lạnh trong quá trình cấp đông và bảo quản sản phẩm, quá trình làm mát trong điều hoà không khí cũng như quá trình tách ẩm trong sấy nhiệt độ thấp Tương tự như thiết bị ngưng tụ, khi trao đổi nhiệt của thiết bị bay hơi kém, nhiệt độ

và áp suất bay hơi thấp dẫn đến giảm lưu lượng (khối lượng) môi chất qua máy nén, giảm năng suất nén và năng suất lạnh hệ thống (năng suất nhận nhiệt ở thiết bị bay hơi), kéo theo giảm năng suất gia nhiệt của bơm nhiệt (năng suất nhiệt thải ở thiết bị ngưng tụ)… và cuối cùng, giảm hiệu suất hệ thống Áp suất bay hơi giảm còn có thể gây hiện tượng “bọt” trong các-te máy nén và làm giảm khả năng bôi trơn của dầu, gây sự cố hệ thống Thiết bị bay hơi có thể phận ra hai loại chính đó là:

- Thiết bị bay hơi làm lạnh chất lỏng như bình bay hơi làm lạnh chất lỏng, dàn lạnh panel, dàn lạnh xương cá…;

- Thiết bị bay hơi làm lạnh không khí như dàn lạnh không khí đối lưu tự nhiên, dàn lạnh không khí đối lưu cưỡng bức

Hình 1.7 Bình bay hơi với môi chất lạnh Freon, kiểu ống vỏ nằm ngang [1]

1 - Ống góp lỏng; 2 - Ống chất tải lạnh vào; 3 - Ống chất tải lạnh ra; 4 - Van an

toàn; 5 - Ống hơi môi chất lạnh ra; 6 - Áp kế

Hình 1.8 Một số kiểu dàn lạnh đối lưu cưỡng bức [1]

1.1.3 Vi ống trong chế tạo thiết bị trao đổi nhiệt cho bơm nhiệt

Cho tới nay, vi ống mới chỉ được ứng dụng phổ biến trong việc chế tạo dàn bay hơi và dàn ngưng tụ cho hệ thống điều hoà không khí (cũng có thể được coi là một loại bơm nhiệt) sử dụng trên ôtô Lý do mà công nghệ này được áp dụng đầu tiên cho thiết bị di động nói chung và ôtô nói riêng là nó có thể tạo ra các thiết bị trao đổi nhiệt gọn nhẹ, chắc chắn nên hoạt động hiệu quả, tin cậy trong điều kiện có nhiều rung chấn

Hình 1.10 Kích thước một “dãy” vi ống dùng trong thiết bị trao đổi nhiệt

Ngoài ứng dụng trong điều hoà không khí ôtô, vi ống cũng đã được ứng dụng

để chế tạo các bình ngưng tụ, bình bay hơi và thiết bị hồi nhiệt của hệ thống lạnh với mức công suất cỡ vài chục kW Vi ống cũng được ứng dụng cho bình ngưng tụ cho nhà máy nhiệt điện với năng suất thải nhiệt cực lớn, lên tới 680 MW một đơn nguyên

và với 6 đơn nguyên được lắp đặt, tổng năng suất nhiệt thải lên đến 4080 MW [2] Điều đó cho thấy, vi ống không chỉ có ưu điểm ở tính gọn nhẹ, chịu được rung động

mà còn có thể cho hiệu quả trao đổi nhiệt rất cao

Hình 1.11 Thiết bị hồi nhiệt dùng vi ống có khả năng chịu áp tới 1000 PSI

(tương đương 68,9 bar) [2]

mm

Hình 1.12 Dàn bay hơi làm lạnh không khí dùng vi ống, khả năng chịu áp tới 1000 PSI (tương đương 68,9 bar) [2]

Hình 1.13 Dàn ngưng tụ giải nhiệt gió dùng vi ống, khả năng chịu áp 1000 PSI

(tương đương 68,9 bar) [2]

Hình 1.14 Bình ngưng tụ kiểu ống – vỏ chịu áp suất cao dùng vi ống, môi chất lạnh

đi bên trong vi ống, nước làm mát đi bên ngoài vi ống [2]

Hình 1.15 Dàn ngưng nhà máy nhiệt điện dùng vi ống gồm 6 đơn nguyên, năng suất thải nhiệt 680 MW/đơn nguyên (vi ống có đường kính ngoài 1.27 mm, đường

kính trong 0.9652 mm làm bằng thép không gỉ) [2]

1.2 Tình hình nghiên cứu về truyền nhiệt trong vi ống

1.2.1 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài

Quá trình truyền nhiệt trong vi ống đã nhận được sự quan tâm của các nhà khoa học trên thế giới từ thập kỷ 50 của thế kỷ XX Năm 1956, một trong những công trình đầu tiên, có thể coi là tiền đề cho các nghiên cứu về vi ống sau đó, đã được công

bố bởi Chernobylskii và Tananaiko [3] Trong công trình này, quá trình truyền nhiệt khi sôi tự nhiên của nước, dung dịch nước muối 10 % và ethanol trong ống có tiết diện hình xuyến với chiều rộng khe hẹp hình xuyến thay đổi từ 0,049 in (1,245 mm) đến 0,551 in (13,995 mm) đã được nghiên cứu Theo đó, khi chiều rộng khe hẹp hình xuyến giảm, hệ số truyền nhiệt ban đầu giữ nguyên nhưng sau đó lại tăng Hiện tượng tăng hệ số truyền nhiệt này được giải thích là do sự giảm của kích thước bọt hơi cũng như sự tăng của thành phần hơi đã làm tăng mức độ rối của dòng đối lưu trong khe hình xuyến Cũng với khe hẹp hình xuyến, có chiều rộng khe thay đổi từ 0,039 in (0,991 mm) đến 0,197 in (5,004 mm), nghiên cứu về quá trình sôi của nước đã được thực hiện bởi Alferov và Rybin [4] Tuy nhiên, theo công bố của các tác giả của công trình này, quá trình truyền nhiệt không chịu ảnh hưởng rõ rệt của chiều rộng khe hẹp

Năm 1969, nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm về truyền nhiệt của quá trình sôi bão hoà trong không gian hẹp đã được công bố bởi Ishibashi và Nishikawa [5] Qua các nghiên cứu thực nghiệm, các tác giả đã phát hiện ra vùng bọt hơi liên kết với những đặc tính truyền nhiệt khác biệt rõ rệt so với đặc tính của vùng bọt hơi độc lập, vốn đã được xác định và thừa nhận rộng rãi tính đến thời điểm công bố Bên cạnh đó, các tác giả cũng đã đề xuất được công thức thực nghiệm cũng như tiến hành các phân tích lý thuyết dựa trên một mô hình không ổn định đơn giản cho quá trình sôi bão hoà trong vùng bọt hơi liên kết

Sau giai đoạn nghiên cứu sơ khai với các công trình tiêu biểu vừa trình bày, hàng loạt nghiên cứu liên quan đến trao đổi nhiệt trong vi ống đã được tiến hành với điểm chung là hầu hết các công trình nghiên cứu đều liên quan đến đo đạc thực nghiệm hệ số trao đổi nhiệt đối lưu Do số lượng các công trình công bố khá lớn, đối tượng nghiên cứu mà các công trình đã đề cập rất phong phú cả về chủng loại môi chất, phạm vi thông số và điều kiện làm việc, cũng như hình dạng cấu tạo (tiết diện,

kích thước tiết diện và chiều dài…) của kênh vi ống, bên cạnh việc phân loại theo đối tượng và phạm vi nghiên cứu, các công trình này sẽ được phân thành 3 nhóm theo phương pháp nghiên cứu là:

- Các công trình thuần tuý thực nghiệm,

- Các công trình thực nghiệm với mô hình lý thuyết bán thực nghiệm, và

- Các công trình thực nghiệm với mô hình lý thuyết thuần tuý và mô phỏng

1.2.1.1 Các nghiên cứu về trao đổi nhiệt khi sôi và ngưng trong vi ống

a) Các công trình thuần tuý thực nghiệm

Công trình nghiên cứu thực nghiệm liên quan đến truyền nhiệt trong vi ống đầu tiên phải kể đến là nghiên cứu của Ravigururajan với môi chất R124 [6] Trong công trình của mình, Ravigururajan đã khảo sát ảnh hưởng của 2 dạng cấu tạo hình học của kênh vi ống đến hệ số truyền nhiệt và trở kháng thuỷ lực của quá trình sôi trong một thiết bị trao đổi nhiệt vi ống có kích thước tổng thể là 2,25 cm x 2,42 cm, bao gồm cả ống góp 2 đầu và đường ống dẫn môi chất vào/ ra Mặt cắt các kênh vi ống có kích thước 0,27 mm chiều rộng và 1,00 mm chiều sâu, tương ứng với đường kính thuỷ lực là 0,425 mm, được gia công theo 2 dạng cấu tạo hình học là dạng song song và dạng hình “kim cương” Kết quả, theo công bố của tác giả, dạng “kim cương”, với cùng kích thước mặt cắt, có hệ số truyền nhiệt thấp hơn so với dạng song song

Một công trình khác cũng liên quan đến quá trình sôi trong vi ống đã được công bố bởi Yan và Lin [7] Trong nghiên cứu của mình, Yan và Lin đã tiến hành các nghiên cứu thực nghiệm với dòng môi chất R134a, nhận nhiệt và sôi trong vi ống có mặt cắt hình tròn với đường kính trong 2,0 mm, chiều dài tổng và chiều dài phần được gia nhiệt tương ứng là 200 mm và 100 mm Các ảnh hưởng của dòng nhiệt qua vách ống, lưu lượng khối lượng dòng môi chất chuyển động trong ống, độ khô và nhiệt độ bão hoà của hơi môi chất trong quá trình sôi đến hệ số truyền nhiệt và trở kháng thuỷ lực đã được khảo sát một cách chi tiết So với số liệu đã công bố về quá trình sôi trong ống thường (được coi là các ống có đường kính trong từ 8,0 mm trở lên), trong hầu kết trường hợp, hệ số truyền nhiệt của quá trình sôi trong vi ống, được

đo đạc ở đây, có giá trị cao hơn từ 30 – 80 % Theo các tác giả, số liệu công bố trong

công trình này có thể áp dụng được trong việc thiết kế các thiết bị bay hơi hiệu quả

và gọn nhẹ hơn, trang bị trong nhiều hệ thống lạnh và điều hoà không khí

Những năm đầu của thế kỷ XXI, khi thế giới bắt đầu đối mặt với vấn đề biến đổi khí hậu và cạn kiệt nguồn năng lượng, vấn đề tìm kiếm các môi chất mới thân thiện hơn với môi trường ngày một trở nên quan trọng Trong xu thế chung đó, công

bố liên quan đến trao đổi nhiệt trong vi ống cũng đã bắt đầu đề cập đến các môi chất mới như R123, CO2, R236ea, R245fa, R410a, R32, R1234ze…

Trong công bố của Bao và cộng sự [8], các tác giả trình bày những kết quả nghiên cứu thực nghiệm liên quan đến quá trình sôi của R11 và HCFC123 (R123) trong vi ống được làm từ vật liệu đồng với bề mặt trơn và đường kính trong 1,95 mm Tổng chiều dài đoạn vi ống được thử nghiệm trong nghiên cứu là 870 mm, trong đó, phần được gia nhiệt có chiều dài là 270 mm So sánh số liệu đo đạc về hệ số truyền nhiệt trong nghiên cứu này với kết quả tính toán bằng các công thức thực nghiệm của các tác giả Chen (1966), Lazarek và Black (1982), Gungor và Winterton (1987), Liu

và Winterton (1991), Klimenko (1990) and Steiner và Taborek (1992) đã được tiến hành Qua đó, các tác giả đã kết luận rằng không có công thức nào trong các công thức thực nghiệm này có thể dự đoán đúng được kết quả đo đạc trong toàn bộ phạm

vi nghiên cứu thực nghiệm Tuy nhiên, công thức thực nghiệm của Cooper (1984) về

quá trình sôi bọt trong không gian rộng (nucleate pool boiling) lại có thể dự đoán kết

quả đo đạc thực nghiệm với độ chính xác chấp nhận được Lưu ý rằng, trong các công thức thực nghiệm đã được khảo sát bởi Bao và cộng sự, chỉ có công thức do Lazarek

và Black (1982) công bố [9] là được đề xuất cho dòng môi chất sôi trong vi ống

Vào những năm 2000, CO2 - một môi chất mới ở thời điểm đó - đã nhận được

sự quan tâm của rất nhiều nghiên cứu, trong đó có các nghiên cứu về vi ống Nghiên cứu đầu tiên về quá trình sôi trong vi ống của môi chất CO2, được công bố vào năm

2000, là công trình của Pettersen và cộng sự [10, 11] Trong nghiên cứu này, hệ số trao đổi nhiệt và trở kháng thuỷ lực của dòng môi chất CO2 sôi trong ống nhôm dẹt,

đa kênh, được gia công bằng phương pháp đùn ép (MPE – MultiPort Extruded) đã

được xác định bằng thực nghiệm Ống nhôm MPE được thử nghiệm ở đây có chiều dài 540 mm, bao gồm 25 kênh tiết diện tròn với đường kính trong 0,787 mm Theo

các tác giả, đặc điểm của quá trình sôi môi chất CO2 là có tỉ lệ về mật độ giữa pha lỏng và pha hơi thấp do quá trình xảy ra rất gần điểm tới hạn Do đó, trong trường

hợp có tốc độ khối (mass flux) lớn, hệ số truyền nhiệt sẽ giảm rất mạnh bắt đầu từ

một giá trị tỉ lệ pha hơi nào đó trở đi Giá trị tỉ lệ pha hơi xảy ra sự chuyển biến này được các tác giả gọi là tỉ lệ pha hơi tới hạn Điều này, cũng theo các tác giả, là một yếu tố quan trọng khi thiết kế các thiết bị bay hơi với môi chất CO2 và công nghệ vi ống

Trong công nghệ chế tạo thiết bị trao đổi nhiệt vi ống, ống nhôm MPE được ứng dụng rộng rãi cho đến ngày nay bởi các ưu điểm như nhẹ, chắc chắn, tốn ít nguyên vật liệu chế tạo… Không ngoại lệ, ống nhôm MPE cũng được ứng dụng để chế tạo các thiết bị ngưng tụ vi ống từ rất sớm Năm 2001, hai tác giả Webb và Ermis đã công

bố nghiên cứu thực nghiệm về ảnh hưởng của đường kính thuỷ lực (còn được gọi là đường kính tương đương) đến quá trình ngưng tụ của môi chất R134a trong ống nhôm dẹt MPE [12] Dải giá trị đường kính thuỷ lực của ống nhôm dẹt MPE được khảo sát trong nghiên cứu này là từ 0,44 mm đến 1,56 mm Theo các tác giả, công trình này

đã công bố số liệu về hệ số trao đổi nhiệt của quá trình ngưng tụ trong vi ống với đường kính thuỷ lực nhỏ nhất, tính đến thời điểm công bố Các số liệu công bố đã cho thấy, hệ số trao đổi nhiệt của R134a ngưng tự trong vi ống tăng khi giảm đường kính thuỷ lực của vi ống

Năm 2003, Koyama và cộng sự đã công bố các kết quả đo đạc thực nghiệm về

hệ số truyền nhiệt và tổn thất áp suất của quá trình ngưng tụ R134a trong ống nhôm MPE dài 865 mm với 2 loại cấu tạo hình học là 8 kênh - 1,11 mm đường kính thuỷ lực và 19 kênh - 0,80 mm đường kính thuỷ lực [13] Trong nghiên cứu này, các tác giả đã chia vùng làm việc của các ống nhôm MPE, có chiều dài 600 mm, thành 8 đoạn với chiều dài mỗi đoạn là 75 mm Tám đoạn của ống nhôm MPE này được làm mát bằng 8 áo nước độc lập và dòng nhiệt trao đổi giữa từng đoạn ống nhôm MPE với 8 áo nước cũng được xác định một cách độc lập bởi 8 cảm biến dòng nhiệt Bằng

hệ thống thí nghiệm như vậy, các tác giả đã xác định được hệ số truyền nhiệt cục bộ của quá trình ngưng tụ R134a trong ống nhôm MPE Trong nghiên cứu này, việc so sánh số liệu tính toán hệ số truyền nhiệt bằng các công thức thực nghiệm sẵn có ở

thời điểm nghiên cứu với số liệu đo đạc đã được tiến hành Kết quả cho thấy, công thức của Moser và cộng sự (1998) cho giá trị phù hợp ở chế độ ngưng với vận tốc khối cao Tuy nhiên, trong chế độ ngưng với vận tốc khối thấp, công thức của Moser

và cộng sự lại cho kết quả với xu hướng trái ngược Ngoài ra, công thức thực nghiệm của Haraguchi và cộng sự (1994) cũng cho kết quả với xu hướng tương tự như số liệu

đo đạc

Để hiểu rõ hơn về cơ chế của quá trình sôi trong vi ống, năm 2004, Hetsroni

và cộng sự đã công bố một công trình nghiên cứu về quá trình sôi của nước trong các kênh song song có tiết diện lưu động hình tam giác [14] Trong nghiên cứu này, các tác giả đã tiến hành đo đa đạc thực nghiệm phân bố nhiệt độ và mô hình dòng chảy bằng nhiệt kế bức xạ hồng ngoại và thiết bị ghi hình tốc độ cao Nhiều chế độ lưu động đã được quan sát đồng thời trong các kênh vi ống Tuỳ thuộc vào dòng lưu động

và dòng nhiệt trao đổi, mức độ ổn định của áp suất và nhiệt độ trong các kênh vi ống gia nhiệt đã được nghiên cứu Ngoài ra, công trình này cũng xây dựng một phương pháp tiếp cận bằng mô hình thực nghiệm cho các thiết bị tản nhiệt với dòng 2 pha vi ống Bên cạnh đó, công trình cũng xét đến ảnh hưởng của hoạt tính bề mặt đến quá trình sôi đối lưu của môi chất trong các kênh vi ống

Các nghiên cứu về quá trình lưu động và trao đổi nhiệt luôn song hành với sự phát hiện và đưa vào sử dụng các môi chất mới như R1234ze, R236fa, R32… Theo

xu hướng đó, nhiều nghiên cứu cả trên phương diện lý thuyết và thực nghiệm đã được công bố như công trình của Park và cộng sự [15] cho quá trình ngưng tụ trong vi ống đặt đứng của R1234ze và R236fa, công bố năm 2011, của Zhu và cộng sự [16, 17] cho quá trình sôi của R32 trong vi ống nằm ngang, công bố năm 2017 Gần đây nhất, công bố năm 2018, công trình của Al-Zaidi và cộng sự [18] đã nghiên cứu về quá trình ngưng tụ của môi chất HFE-7100 trong vi ống nằm ngang với tiết diện hình chữ nhật và đường kính thuỷ lực 0,57 mm Dựa trên số liệu thực nghiệm được tiến hành

ở nhiệt độ bão hoà 60 oC, vận tốc khối trong dải 48 – 126 kg/(m2 s), lưu lượng chất làm mát trong dải 0,5-1,1 l/phút và nhiệt độ chất làm mát tại đầu vào trong dải 20 -

40 oC, Al-Zaidi và cộng sự đã chỉ ra rằng hệ số truyền nhiệt cục bộ, dọc theo chiều dài vi ống, tăng khi tăng vận tốc khối của dòng môi chất ngưng tụ Bên cạnh đó, hệ

số truyền nhiệt cục bộ cũng giảm theo sự giảm của độ khô cục bộ của hơi môi chất dọc theo chiều dài vi ống Ngoài ra, các ảnh hưởng của điều kiện phía chất làm mát

và chênh lệch giữa nhiệt độ bão hoà môi chất với nhiệt độ bề mặt vách ống đến hệ số truyền nhiệt cục bộ được phát hiện là không đáng kể Các tác giả cũng chỉ ra, trong các chế độ thí nghiệm đã tiến hành, dòng môi chất chủ yếu có dạng hình xuyến

b) Các công trình thực nghiệm với mô hình lý thuyết bán thực nghiệm

Năm 1982, nghiên cứu về quá trình sôi của R113 trong vi ống đặt thẳng đứng, với đường kính 0,31 mm và chiều dài đoạn được gia nhiệt lần lượt là 12,3 cm và 24,6

cm, đã được công bố bởi Lazarek và Black [9] Một công thức thực nghiệm giúp xác định hệ số trao đổi nhiệt đối lưu, được biểu diễn dưới dạng phương trình tiêu chuẩn

Nu = f(Rel, Bo), đã được đề xuất Ngoài ra, các tác giả cũng đã đề xuất các công thức thực nghiệm giúp xác định tổn thất áp suất và dòng nhiệt tới hạn cho quá trình sôi của R113 trong vi ống thẳng đứng

Quá trình sôi của R113 trong các kênh lưu động song song kích thước nhỏ đã được nghiên cứu bởi Cornwell và Kew Công trình được công bố trên tạp chí “Hiệu quả năng lượng trong quá trình công nghệ” vào năm 1992 [19] Theo các tác giả, tính đến thời điểm đó, số liệu được công bố giúp thiết kế và lựa chọn các thiết bị trao đổi nhiệt gọn nhẹ cho quá trình sôi còn “hạn chế” Với nhận định như vậy, các tác giả đã tiến hành các nghiên cứu thực nghiệm về quan sát quá trình cũng như đo đạc các thông số truyền nhiệt cho 3 chế độ của dòng môi chất sôi là chế độ “bọt hơi độc lập”

(isolated bubble), chế độ “bọt hơi bị giới hạn” (confined bubble) và chế độ “hình đạn – xuyến” (annular-slug) Cơ chế truyền nhiệt cho từng chế độ của dòng môi chất sôi

đã được khảo sát và các tác giả cũng đã đề xuất được các công thức thực nghiệm phù hợp cho mục đích tính toán, thiết kế các thiết bị trao đổi nhiệt có áp dụng các chế độ này Các kênh lưu động song song, cấu thành nên bộ trao đổi nhiệt sử dụng trong nghiên cứu này, được gia công bằng công nghệ “in mạch điện” (PCHE – Printed Circuit Heat Exchanger) theo 2 dạng hình học: dạng 1 với 75 kênh có tiết diện chữ nhật, chiều rộng 1,2 mm và chiều sâu 0,9 mm; dạng 2 với 36 kênh cũng có tiết diện chữ nhật, chiều rộng 3,25 mm và chiều sâu 1,1 mm Chiều dài của các kênh lưu động

song song trong nghiên cứu này là 320 mm, trong đó, chiều dài phần được đốt nóng

là 300 mm

Tiếp nối nghiên cứu về quá trình sôi của R113 vừa được trình bày, năm 1997, hai tác giả Kew và Cornwell đã công bố một công trình nghiên cứu về quá trình sôi của R141b trong vi ống với chiều dài 500 mm và đường kính trong thay đổi từ 1,39

mm đến 3,69 mm [20] Việc đo hệ số trao đổi nhiệt khi sôi và trở kháng thuỷ lực của quá trình đã được thực hiện Trên cơ sở đó, các tác giả đã thiết lập các công thức thực nghiệm giúp xác định hệ số trao đổi nhiệt đối lưu khi sôi trong vi ống Tuy nhiên, theo các tác giả, các công thức đã đề xuất chỉ “đúng tương đối” khi áp dụng cho ống

có đường kính lớn nhất và chúng cho kết quả tồi khi áp dụng cho các ống nhỏ hơn

Năm 1999, hai tác giả Yan và Lin [21] đã công bố các kết quả nghiên cứu thực nghiệm về quá trình ngưng tụ trong vi ống với môi chất R134a Theo công bố của các tác giả, hệ số truyền nhiệt của quá trình ngưng trong vi ống, được đo đạc ở đây,

có giá trị cao hơn chỉ 10 % so với ống thường Trong công trình này, các tác giả đã

đề xuất được các công thức thực nghiệm giúp xác định hệ số truyền nhiệt và hệ số

ma sát, cần cho tính toán trở kháng thuỷ lực, của quá trình ngưng tụ trong vi ống Các tác giả cũng đưa ra nhận định rằng số liệu công bố trong công trình này có thể áp dụng được trong việc thiết kế các thiết bị ngưng tụ hiệu quả và gọn nhẹ hơn, trang bị trong nhiều hệ thống lạnh và điều hoà không khí sử dụng môi chất R134a

Thiết bị trao đổi nhiệt vi ống có thể được chế tạo với nhiều dạng kênh lưu động khác nhau Trong đó, phổ biến nhất vẫn là dạng ống đa kênh với tiết diện các kênh

có thể là hình tròn, hình vuông, hình tam giác và hình vuông được tăng cường bởi vi cánh bên trong (dạng chữ “H”)… [10, 11] Lý do, theo nghiên cứu sinh, cấu trúc đa kênh này giúp làm tăng độ cứng vững cũng như độ bền của thiết bị trao đổi nhiệt vi ống vì mỗi vi ống đơn có kích thước quá bé Tuy nhiên, trong một số trường hợp, thiết bị trao đổi nhiệt vi ống còn được chế tạo với dạng kênh chữ nhật “dẹt” với tỉ lệ kích thước giữa các cạnh rất lớn và một nghiên cứu về quá trình truyền nhiệt khi sôi của môi chất R134a bên trong các kênh vi ống dạng này đã được công bố bởi H.J Lee và S.Y Lee [22] Các kênh vi ống được thử nghiệm trong công trình này chiều rộng 20 mm và chiều dày khe hẹp (khoảng cách giữa mặt trên và mặt dưới của kênh)

từ 0,4 mm đến 2,0 mm Nghiên cứu đã đề xuất được các công thức thực nghiệm giúp xác định hệ số truyền nhiệt và trở kháng thuỷ lực với sai số từ +/- 10 % đến +/- 20 % tuỳ đại lượng tính toán và thông số hoạt động

Một công trình khác, cũng liên quan đến quá trình ngưng tụ của R134a trong

vi ống là nghiên cứu của Wang và cộng sự [23], được công bố vào năm 2002 Trong công trình này, các tác giả đã xây dựng một hệ thống thực nghiệm để đo hệ số truyền nhiệt của quá trình ngưng tụ R134a trong ống nhôm MPE với 10 kênh, mỗi kênh có đường kính thuỷ lực 1,46 mm và chiều dài là 61 cm Các số liệu đo đạc về hệ số truyền nhiệt và trở kháng thuỷ lực này đã được so sánh với số liệu tính toán bằng các công thức thực nghiệm Kết quả cho thấy, các công thức thực nghiệm hiện có, ở thời điểm tiến hành nghiên cứu, cho giá trị cao hơn số liệu thực nghiệm Để giải quyết vấn

đề này, các tác giả đã đưa ra 2 công thức thực nghiệm giúp xác định hệ số truyền nhiệt trong từng phạm vi hẹp của quá trình ngưng tụ Các công thức thực nghiệm này, theo đánh giá của nhóm tác giả, có thể áp dụng được trong việc thiết kế các thiết bị ngưng tụ vi ống

Nhằm mục đích so sánh hệ số truyền nhiệt khi ngưng giữa R410a, một môi chất mới ở thời điểm đầu những năm 2000, với R22, một môi chất khá phổ biến nhưng được xem là tác nhân hàng đầu phá huỷ tầng Ô – zôn, nghiên cứu của Kim và cộng sự [24] đã tiến hành đo đạc thực nghiệm giá trị của đại lượng này khi cho 2 loại môi chất nói trên ngưng tụ trong ống nhôm MPE Tuy nhiên, khác với các nghiên cứu đã công bố trước đó vốn chỉ tiến hành với ống nhôm MPE có bề mặt trong nhẵn, trong công trình này, các tác giả đã tiến hành nghiên cứu thực nghiệm cả trên ống nhôm MPE có bề mặt trong được gia công vi cánh Theo công bố của nhóm tác giả, với ống nhôm MPE trơn, trong quá trình ngưng tụ, R410a cho hệ số truyền nhiệt cao hơn một chút so với R22 Tuy nhiên, với ống nhôm MPE có vi cánh, môi chất R22 lại cho hệ số truyền nhiệt cao hơn Về tính toán hệ số truyền nhiệt, theo đánh giá của các tác giả, công thức thực nghiệm theo dạng của Akers và cộng sự (1959) cho kết quả khá tốt với ống nhôm MPE trơn Với ống nhôm MPE vi cánh, các tác giả cũng

đã hiệu chỉnh mô hình tính toán của Yang và Webb (1997) và mô hình hiệu chỉnh này, theo các tác giả, đã dự báo khá đúng các số liệu đo đạc thực nghiệm

Những năm đầu của thế kỷ XXI, sự phát triển vượt bậc của các vi mạch điện

tử có mật độ linh kiện cao, kèm theo đó là mức độ toả nhiệt rất lớn, cũng như xu hướng giảm dần kích thước của các bảng mạch điện tử… đã đặt ra một nhu cầu rất lớn trong việc giải nhiệt và làm mát chúng Để đáp ứng được yêu cầu này từ thực tế

kỹ thuật – công nghệ, các loại thiết bị làm mát vi ống cùng với các loại môi chất

“riêng” đã được phát triển Một nghiên cứu về trao đổi nhiệt trong vi ống cho ứng dụng làm mát dạng này là công trình của Warrier và cộng sự [25], được công bố năm

2002 Nghiên cứu đã tiến hành đo đạc thực nghiệm hệ số truyền nhiệt và trở kháng thuỷ lực của quá trình nhận nhiệt, cả khi ở chế độ một pha lỏng và chế độ sôi, trong

vi ống của một lưu chất chuyên cho các ứng dụng làm mát các thiết bị điện tử siêu nhỏ do hãng 3M (Mỹ) chế tạo, ký hiệu là FC-84 Trên cơ sở các số liệu thực nghiệm

đã tiến hành, các tác giả đã đề xuất một công thức thực nghiệm, giúp xác định trở kháng thuỷ lực của chế độ lưu động 2 pha, và 2 công thức thực nghiệm khác giúp xác định hệ số truyền nhiệt của 2 chế độ sôi là “sôi quá lạnh” và sôi bão hoà Theo công

bố của các tác giả, trở kháng thuỷ lực và hệ số truyền nhiệt của FC-84 khi lưu động, nhận nhiệt trong vi ống ở chế độ một pha lỏng có thể được tính toán bằng các công thức thực nghiệm đã có ở thời điểm nghiên cứu được tiến hành, với sai số khoảng 8 – 14 % cho trở kháng thuỷ lực và khoảng 15 – 25 % cho hệ số truyền nhiệt

Kế thừa các kết quả nghiên cứu cả trên phương diện thực nghiệm và lý thuyết của nhiều tác giả, một số nhóm nghiên cứu đã tiến hành phân tích bản chất của hiện tượng để tìm ra các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sôi trong vi ống Trên cơ sở đó,

họ đã tiến hành đánh giá độ tin cậy của các công thức hiện có, đồng thời, phân tích một số nguyên nhân làm cho các công thức này chưa được chính xác như mong đợi Cuối cùng, họ đã đề xuất các công thức “mới” của mình với mục đích khắc phục nhược điểm của các công thức hiện có Hai công trình tiêu biểu được thực hiện theo hướng này, với đối tượng tính toán là hệ số truyền nhiệt của quá trình sôi trong vi ống, là nghiên cứu của Bertsch và cộng sự [26], công bố năm 2009, và của Li và Wu [27], công bố năm 2010 Trong công trình của mình, Bertsch và cộng sự đã sử dụng

cơ sở dữ liệu của 3899 điểm thực nghiệm, được công bố trước đó bởi 14 nghiên cứu độc lập, từ đó, đề xuất một công thức “phức hợp” giúp tính toán hệ số truyền nhiệt của quá trình sôi trong vi ống ở chế độ bão hoà Công thức “phức hợp” của Bertsch

và cộng sự có kể đến ảnh hưởng của 3 yếu tố cấu thành quan trọng là quá trình sôi

bọt, quá trình đối lưu cưỡng bức và hiện tượng “giam hãm” (confinement) bọt hơi

trong các kênh vi ống Theo công bố của các tác giả, sai số tuyệt đối trung bình của công thức “phức hợp” này so với thực nghiệm là không quá 30 % Được dựa trên

3744 điểm số liệu thực nghiệm, công thức “chung” của Li và Wu, giúp tính toán hệ

số truyền nhiệt trong vi ống ở chế độ sôi bão hoà trong vi ống, đã được xây dựng dựa trên 3 đại lượng không thứ nguyên là tiêu chuẩn “sôi”, tiêu chuẩn Bond và tiêu chuẩn Reynolds Trong đó, tiêu chuẩn Bond, kể đến tương quan giữa kích thước bọt hơi và đường kính trong vi ống, được coi là một đại lượng có thể sử dụng để phân biệt dòng môi chất sôi trong vi ống với dòng môi chất sôi trong ống với kích thước thông thường Về mức độ tin cậy của công thức “chung” này, theo đánh giá của Li và Wu, 65,5 % các trường hợp khảo sát có sai số trong phạm vi +/- 30 % và 85,75 % trường hợp khảo sát có sai số trong phạm vi +/- 50 %

c) Các công trình thực nghiệm với mô hình lý thuyết thuần tuý và mô phỏng

Nghiên cứu đầy đủ đầu tiên về các quá trình trong thiết bị ngưng tụ vi ống với

3 môi chất là R22, R134a và R407C đã được công bố bởi hai tác giả là Vardhan và Dunn [28] Công bố này là một phần của dự án số 75 do Viện Điều hoà không khí và

Kỹ thuật lạnh thuộc đại học Illinois thực hiện Trong nghiên cứu này, các đặc tính truyền nhiệt và trở kháng thuỷ lực của R22, R134a và R407C khi toả nhiệt bên trong

vi ống ở các trạng thái hơi quá nhiệt, hơi bão hoà và lỏng quá lạnh đã được nghiên cứu bằng cả thực nghiệm và lý thuyết Về thực nghiệm, các tác giả đã tiến hành xác định hệ số truyền nhiệt và trở kháng thuỷ lực khi cho môi chất chuyển động bên trong một “vi ống đơn” với nước làm mát chuyển động ngược chiều bên ngoài Khái niệm

“vi ống đơn” ở đây, theo trình bày chi tiết của các tác giả, thực chất là một dãy gồm

từ 10 đến 13 kênh lưu động, mà các tác giả gọi là các “cổng” (port), được đúc liền

nhau thành một khối có mặt cắt dạng thanh dẹt (xem thêm Hình 1.9) Đường kính thuỷ lực của các “cổng” trong các thử nghiệm tiến hành ở đây là từ 0,944 mm đến 1,494 mm Về lý thuyết, một mô hình tính toán dựa trên lý thuyết về thiết bị trao đổi nhiệt ngược chiều, với hệ phương trình gồm phương trình bảo toàn khối - bảo toản động lượng - bảo toàn năng lượng - và phương trình truyền nhiệt được giải bằng

phương pháp số, đã được xây dựng để xác định hệ số truyền nhiệt và trở kháng thuỷ lực của các quá trình trong thiết bị ngưng tụ vi ống Theo các tác giả, trong phần lớn trường hợp, mô hình đã cho kết quả rất phù hợp so với số liệu thu được từ nghiên cứu thực nghiệm

Cũng liên quan đến hệ số truyền nhiệt cục bộ, một nghiên cứu thực nghiệm khác tiến hành với 2 môi chất là HCFC-123 và R11 ngưng tụ trong một vi ống đơn

có đường kính trong lần lượt là 0,92 mm và 1,95 mm, đã được công bố bởi Baird và cộng sự [29] Trong công trình này, các tác giả đã chia vi ống thử nghiệm thành 10 đoạn, mỗi đoạn có chiều dài 32 mm, trong đó, 30 mm là phần được làm lạnh cục bộ

bởi một thiết bị lạnh nhiệt điện (TEC – Thermo Electric Cooler) và 2 mm là phần

cách nhiệt giúp các thiết bị lạnh nhiệt điện có thể hoạt động độc lập được với nhau Giúp tính toán hệ số truyền nhiệt cục bộ của quá trình ngưng tụ trong vi ống, một mô

hình mô phỏng dòng 2 pha trong chế độ hình xuyến (annular flow), có kể đến ảnh

hưởng của lực kéo trên bề mặt phân pha lỏng – hơi (khi tốc độ chuyển động của pha hơi lớn hơn pha lỏng) đã được xây dựng Theo công bố của các tác giả, trong phạm

vi nghiên cứu thực nghiệm đã tiến hành, mô hình dòng 2 pha này có khả năng tính toán hệ số truyền nhiệt cục bộ của quá trình ngưng tụ trong vi ống với giá trị trung bình cao hơn 5 % và với độ lệch chuẩn là 25 % so với thực nghiệm Tuy nhiên, ở đây,

do các tác giả đã công bố sai lệch của hệ số truyền nhiệt tính toán, với giá trị đã được

lô – ga – rít hoá, mức lệch 5 % đã biểu thị sai số tính toán thấp hơn nhiều so với thực

tế (tính ra, e^1,05 = 2,86, tương ứng với mức lệch khoảng 180 - 190 %)

Cho đến những năm đầu thế kỷ XXI, các nghiên cứu về lưu động dòng 2 pha

và truyền nhiệt của quá trình sôi cũng như ngưng tụ trong vi ống thường được thực hiện theo 2 hướng chính là: (1) đo đạc thực nghiệm, so sánh kết quả thực nghiệm với các kết quả tính toán bằng các công thức và lý thuyết hiện có và, nếu cần, (2) xây dựng các công thức thực nghiệm giúp tính toán chính xác hơn trở kháng thuỷ lực và

hệ số truyền nhiệt của quá trình Các công thức thực nghiệm đề xuất qua các nghiên cứu được tiến hành trong giai đoạn này, phần lớn, được kế thừa và hiệu chỉnh từ các công thức đã có trước đó Không theo cách thức như vậy, năm 2006, nghiên cứu được công bố bởi Bandhauer và cộng sự [30] đã tiến hành đo đạc thực nghiệm và mô phỏng