thiết kế và chế tạo hệ thống thí nghiệm cho thiết bị ngưng tụ kênh micro dùng môi chất r134a

Sau quá trình nghiên cứu những bài báo khoa học về các thínghiệm với thiết bị trao đổi nhiệt kênh micro của các nhà khoa học để học hỏi cách xây dựng hệ thống thí nghiệm và kết hợp với c

LỜI CẢM ƠN

Chúng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy Cô bộmôn Công nghệ Kỹ thuật Nhiệt của trường Đại Học Sư Phạm KỹThuật Tp HCM đã chỉ dẫn chúng tôi tận tình trong suốt thời gian họctập tại trường Những kiến thức Thầy Cô đã truyền đạt là nền tảng cơ

sở, là hành trang và định hướng nghề nghiệp cho sự phát triển saunày Chính nhờ sự nghiên cứu miệt mài của Thầy Cô từ lý thuyết đếnthực nghiệm và những kinh nghiệm tích luỹ sau nhiều năm giảng dạynhằm truyền đạt lại những gì tinh tuý nhất cho thế hệ sau đã giúpchúng tôi biết trân trọng hơn những gì tiếp thu được sau bốn năm đạihọc

Chúng tôi cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Thầy Đoàn Minh Hùng đã giúp chúng tôi định hướng đề tài, đưa ra những hướng dẫn

kịp thời và giải đáp các thắc mắc để chúng tôi có thể hoàn thành đồ

án này Tuy đã cố gắng trong suốt quá trình thực hiện đồ án nhưngchắc chắn không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong ý kiếnđóng góp từ quý Thầy Cô cũng như các bạn sinh viên để kết quả của

đồ án này được hoàn thiện hơn

Một lần nữa chúng tôi xin chân thành cảm ơn!

Tp HCM, ngày 24 tháng 7 năm 2017

TM nhóm(Sinh viên)

PHAN MINH TRÍ

TÓM TẮT

Ngày nay, nền công nghệ khoa học kỹ thuật đã có những bướcphát triển rất đáng kể nhằm đáp ứng nhu cầu của con người, phục

vụ đời sống chúng ta ngày càng tốt hơn Một công nghệ mới ra đời

và được chú trọng nghiên cứu trong thời gian qua là công nghệmicro Được đánh giá là một trong những lĩnh vực khoa học côngnghệ quan trọng nhất trong thế kỷ 21, công nghệ này là chìa khóatạo ra các ngành công nghiệp mới, các sản phẩm công nghệ caothông qua những nghiên cứu mang tính đột phá Gắn liền với côngnghệ này là thiết bị micro đang được nghiên cứu và ứng dụng rộngrãi trong cuộc sống hiện đại góp phần vào việc tăng hiệu quả côngviệc, giảm chi phí đầu tư, tiết kiệm nguyên vật liệu, dễ dàng vậnhành và quan trọng hơn hết là diện tích mặt bằng lắp đặt nhỏ gọncho phù hợp với nền kinh tế, với tốc độ đô thị hóa ngày càng cao củamỗi quốc gia trên thế giới

Sau quá trình nghiên cứu những bài báo khoa học về các thínghiệm với thiết bị trao đổi nhiệt kênh micro của các nhà khoa học

để học hỏi cách xây dựng hệ thống thí nghiệm và kết hợp với cáckiến thức được học ở đại học, nhóm chúng tôi đã tiến hành thực hiện

đề tài Nghiên cứu tính toán thiết kế hệ thống thí nghiệm thiết

bị ngưng tụ kênh micro dùng môi chất lạnh R134a có thể sử

dụng để phục vụ công việc nghiên cứu các loại thiết bị ngưng tụ.Trong đề tài này chúng tôi đã tiến hành tính toán, thiết kế vàchế tạo một hệ thống thí nghiệm thiết bị ngưng tụ và thông qua quátrình thực nghiệm đánh giá các thông số đạt được để đề xuất phạm

vi hoạt động của hệ thống thí nghiệm

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT v

DANH MỤC CÁC HÌNH vi

DANH MỤC CÁC BẢNG viii

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu 2

1.3 Mục đích của đề tài 13

1.4 Giới hạn đề tài 13

1.5 Phương pháp nghiên cứu 13

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 14

2.1 Cơ sở lựa chọn thiết bị cho hệ thống 14

2.1.1 Sơ đồ nguyên lý 14

2.1.2 Cơ sở tính toán hệ thống 15

2.2 Lựa chọn máy nén và các thiết bị phụ 19

2.3 Lắp đặt hệ thống 29

2.3.1 Đề xuất mô hình 3D 29

2.3.2 Tiến hành lắp đặt hệ thống 30

2.4 Lắp đặt hệ thống điện điều khiển 33

2.4.1 Sơ đồ mạch động lực 33

2.4.2 Sơ đồ mạch điều khiển 34

2.4.3 Nguyên lý hoạt động của mạch điện 35

2.5 Quy trình vận hành 35

2.5.1 Quy trình vận hành ở chế độ I 36

2.5.2 Quy trình vận hành ở chế độ II 37

2.5.3 Quy trình vận hành ở chế độ III 38

CHƯƠNG 3 THÔNG SỐ THỰC NGHIỆM 40

3.1 Xác định các thông số để đánh giá phạm vi hoạt động của hệ

thống 40

3.2 Bảng số liệu thực nghiệm 40

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ ĐỀ NGHỊ 41

4.1 Đánh giá kết quả 41

4.2 Đề nghị 45

TÀI LIỆU THAM KHẢO 46

PHỤ LỤC 50

Phụ lục 1 1 – Thông số vận hành ở chế độ I 50

Phụ lục 1 2 – Thông số vận hành ở chế độ II 57

Phụ lục 1 3 – Thông số vận hành ở chế độ III 59

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC

Hình 1 1 – Độ tăng COP ứng với từng độ quá lạnh 2

Hình 1 2 – Độ tăng COP khi có hồi nhiệt và khi không có hồi nhiệt 3

Hình 1 3 – Các mô hình được sử dụng trong thí nghiệm của Long Huang 6

Hình 1 4 – Mô phỏng vị trí ống đầu vào 9

YHình 2 1 – Đồ thị lgp - h của chu trình lý thuyết 14

Hình 2 2 – Sơ đồ hệ thống thí nghiệm 14

Hình 2 3 – Máy nén được sử dụng trong hệ thống 19

Hình 2 4 – Thiết bị ngưng tụ 20

Hình 2 5 – Thiết bị bay hơi 21

Hình 2 6 – Van tiết lưu tay 22

Hình 2 7 – Bình chứa cao áp 23

Hình 2 8 – Phin lọc 24

Hình 2 9 – Kính xem gas 24

Hình 2 10 – Van chặn tay ở thiết bị ngưng tụ thường và 2 van chặn để kết nối với mô hình thí nghiệm 25

Hình 2 11 – Đồng hồ áp suất 26

Hình 2 12 – CB 27

Hình 2 13 – Relay trung gian 27

Hình 2 14 – Công tác xoay 28

Hình 2 15 – Đèn báo 28

Hình 2 16 – Hình ảnh mô phỏng 3D cách bố trí các thiết bị trong hệ thống 29

Hình 2 17 – Một số hình ảnh khi thực hiện đồ án 30

Hình 2 18 - Mặt trước của mô hình 31

Hình 2 19 - Mặt sau của mô hình 31

Hình 2 20 - Hai mặt bên của mô hình 32

Hình 2 21 – Bên trong ngăn 2 32

Hình 2 22 – Bên trong ngăn 1 33

Hình 2 23 – Sơ đồ mạch động lực 33

Hình 2 24 – Sơ đồ mạch điều khiển 34

Hình 2 25 – Tủ điện điều khiển sau khi lắp đặt xong 34

Hình 2 26 – Thiết bị ngưng tụ micro được sử dụng trong thí nghiệm 36

YHình 4 1 – Sự thay đổi áp suất ứng với từng chế độ vận hành 41

Hình 4 2 – Độ quá lạnh ứng của thiết bị ngưng tụ trong hệ thống ứng với từng chế độ vận hành 42

Hình 4 3 – Độ quá nhiệt của thiết bị bay hơi ứng với từng chế độ hoạt động 42

Hình 4 4 – Chu trình thực tế có quá lạnh quá nhiệt 43

Hình 4 5 – Mô hình thí nghiệm được đề xuất đối với thiết bị thí nghiệm giải nhiệt bằng nước 44

DANH MỤC CÁC BẢ

Bảng 2 1 – Bảng áp suất p = a - 1 16

Bảng 2 2 – Bảng áp suất p = a + 1 17

Bảng 2 3 – Bảng áp suất p = a 17

Bảng 2 4 – Bảng thống kê thông số các điểm nút của chu trình 17

Bảng 2 5 – Thông số các điểm nút của chu trình 18

Bảng 2 6 – Thông số máy nén KULTHORN AZ 0411Y 19

Bảng 2 7 – Kế hoạch thực hiện đồ án 30

YBảng 4 1 – Thông số của chu trình thực tế 44

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Các ngành kỹ thuật đang đóng vai trò chủ chốt trong công cuộccông nghiệp hóa - hiện đại hóa của nước ta hiện nay Cùng với sự pháttriển của khoa học công nghệ, ngành công nghệ Kỹ thuật Nhiệt cũngđang từng bước cải thiện để đáp ứng các nhu cầu trong công nghiệpcũng như đời sống Một trong những vấn đề được các nhà nghiên cứu

để tâm nhất hiện nay đó là làm sao để nâng cao hiệu suất của hệthống mà vẫn giữ nguyên hoặc thu nhỏ được kích thước của các thiết

bị trong hệ thống Các thiết bị giải nhiệt như thiết bị ngưng tụ điều hoàhoặc thiết bị ngưng tụ của các hệ thống lạnh thông dụng là một trongnhững thiết bị được đòi hỏi có kích thước nhỏ gọn để thuận tiện choviệc lắp đặt nhất là đối với những nơi có mặt bằng nhỏ hẹp như chung

cư, các toà nhà cao tầng, Bên cạnh những yêu cầu về kích thước thìnhững yêu cầu về hiệu suất của thiết bị, giá thành đầu tư chế tạo cũngđòi hỏi phải có sự nghiên cứu cải tiến để có thể đáp ứng được nhu cầu

sử dụng ngày càng tăng của các lĩnh vực kỹ thuật công nghệ

Nắm bắt được những yêu cầu đó, các nhà khoa học không ngừngnghiên cứu các giải pháp nhằm nâng cao hiệu suất của thiết bị theonhiều cách thức khác nhau Nhiều thí nghiệm đã được thực hiện để cóthể thu gọn được kích thước của thiết bị mà vẫn có hiệu quả tốt, chi phíchế tạo, lắp đặt hợp lý

Trong những năm đầu của thế kỷ 21, công nghệ micro được rấtnhiều nhà khoa học chú trọng nghiên cứu và đã được áp dụng vàonhững bộ trao đổi nhiệt của các hệ thống công nghệ thuộc nhiều lĩnhvực khác nhau và kết quả thu được ngày càng khả quan như khả năngtrao đổi nhiệt tăng lên, kích thước của những bộ trao đổi nhiệt giảmxuống, hiệu suất truyền nhiệt ngày càng được cải thiện Đây là tiền đềcho việc phát triển những bộ trao đổi nhiệt nhỏ gọn có hiệu suất caođáp ứng được yêu cầu của các lĩnh vực công nghệ kỹ thuật

Nhận thức được sự quan trọng của việc phát triển công nghệmicro, nhóm chúng tôi quyết định tìm hiểu và nghiên cứu tính toánthiết kế một hệ thống để thí nghiệm thiết bị ngưng tụ kênh micro Từ

đó, nhóm sẽ đề xuất được phạm vi hoạt động của hệ thống giúp người

sử dụng hệ thống lựa chọn các hình thức và thiết bị để thí nghiệm chophù hợp

1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu

Cho đến nay đã có nhiều công trình nghiên cứu trong và ngoàinước về sự vận hành cũng như sự ảnh hưởng của các thông số thiết kế

và một vài yếu tố khác đến thiết bị ngưng tụ, đặc biệt là thiết bị ngưng

tụ kênh micro

Goker và cộng sự [1] đã xây dựng mô hình thí nghiệm một thiết

bị ngưng tụ kênh micro dùng môi chất R134a để nghiên cứu các ảnhhưởng của các thông số như lưu lượng khối lượng không khí giải nhiệt,chiều cao cánh tản nhiệt, độ nghiêng cánh tản nhiệt và đường kính ốngtới hệ số phát sinh entropy và chiều dài của thiết bị trao đổi nhiệt Vớilưu lượng khối lượng không khí giải nhiệt là 0,08 kg/s và chiều dài cánhtản nhiệt là 1,3 mm sẽ đạt được hệ số phát sinh entropy tối ưu nhất.Đường kính ống tối ưu được xác định là 500 μm và chiều dài thiết bị sẽm và chiều dài thiết bị sẽcàng nhỏ khi lưu lượng khối lượng không khí giải nhiệt càng lớn

Gustavo Pottker và cộng sự [2] giới thiệu một nghiên cứu lý

thuyết về sự ảnh hưởng của độ quá lạnh trong thiết bị ngưng tụ kênhmicro tới hiệu suất của những hệ thống sử dụng hơi nén Nghiên cứuchỉ ra rằng khi độ quá lạnh tăng thì COP tăng đến một giá trị lớn nhấtđến khi độ chênh enthalpy giữa đầu vào và đầu ra của thiết bị bay hơinhỏ hơn độ tăng công nén riêng của chu trình thì COP bắt đầu giảm.Với nhiệt độ ngưng tụ 35oC và nhiệt độ bay hơi 27oC cả 4 môi chất đượcthí nghiệm (R1234yf, R410A, R134a, R717) đều đạt COP cao nhất tại

độ quá lạnh xấp xỉ 9oC Qua nghiên cứu này, có thể thấy các môi chất

có nhiệt ẩn hoá hơi nhỏ thì có lợi hơn khi độ quá lạnh tăng Kết quảnghiên cứu được chỉ ra bằng đồ thị dưới đây

Hình 1 1 – Độ tăng COP ứng với từng độ quá lạnh

Gustavo Pottker và cộng sự [3] giới thiệu một nghiên cứu thực

nghiệm về sự ảnh hưởng của độ quá lạnh trong thiết bị ngưng tụ củamột hệ thống điều hoà không khí dùng môi chất R134a và R1234yfdưới những điều kiện vận hành giống nhau Các nhà nghiên cứu sửdụng một hệ thống điều hoà không khí có lắp đặt bộ hồi nhiệt, qua đónghiên cứu sự tăng giảm của giá trị COP khi thay đổi độ quá lạnh trongthiết bị ngưng tụ Qua các kết quả từ thực nghiệm, có thể thấy đối với

hệ thống có lắp bộ hồi nhiệt thì độ tăng COP khi tăng độ quá lạnhkhông lớn bằng hệ thống không lắp bộ hồi nhiệt Kết luận được rút ra

từ đồ thị dưới đây

Đối với hệ thống có sử dụng hồi nhiệt tuy COP cao hơn (từ 1,93đến 2,11) nhưng độ tăng lại không cao bằng hệ thống không có hồinhiệt (chỉ tăng 9% so với 18% của hệ thống không có hồi nhiệt) Từ đó

có thể kết luận rằng hệ thống có sử dụng hồi nhiệt làm giảm độ tăngCOP của hệ thống Ngoài ra cả hai hệ thống có hồi nhiệt và không cóhồi nhiệt đều giảm được tổn thất tiết lưu và sẽ có lợi hơn khi sử dụnghồi nhiệt đối với hệ thống dùng môi chất R1234yf

Đánh giá sự ngưng tụ của kênh micro và đặc điểm trong mô phỏng

số hoá Xiu-Wei Yin cùng cộng sự [4] đã trình bày quá trình phát triển

của mô hình số hoá thiết bị ngưng tụ dựa trên phương pháp thể tíchhữu hạn, xem xét tổng quan sự ảnh hưởng của nhiệt độ và vận tốc củakhông khí đến hiệu suất Kết quả được xác nhận với 45 điểm kiểm tratrong phòng thí nghiệm bao gồm thí nghiệm với 1 thiết bị ngưng tụ và

2 thiết bị ngưng tụ ghép đôi Dòng không khí không đồng nhất có ảnhhưởng đáng kể đến hiệu suất thông qua sự phân bố không đồng đềulưu lượng môi chất trong các đường ống của thiết bị ngưng tụ Đối vớithí nghiệm sử dụng 1 thiết bị ngưng tụ, dòng không khí không đồngnhất có ảnh hưởng 1,5% đến sự truyền nhiệt, 6,8% sự chênh lệch ápsuất và 12,5% lượng môi chất nạp Đối với thí nghiệm 2 thiết bị ngưng

tụ ghép đôi, dòng không khí không hoà trộn trong khoảng không giangiữa 2 thiết bị làm giảm 0,5% năng suất tổng, làm tăng 9,7% độ chênhlệch áp suất đối với dòng không khí không đồng nhất đi vào thiết bị thứnhất Kết quả còn cho thấy dòng không khí không đồng nhất có ảnhhưởng lớn hơn đối với thí nghiệm 2 thiết bị ghép đôi Tỷ lệ tối ưu đối với

số ống trong mỗi pass cũng được đề xuất thông qua nghiên cứu này.Đối với hệ thống lắp đặt 1 thiết bị ngưng tụ, tỷ lệ số ống là 2,5:1với 2pass và 4:2:1 với 3 pass Đối với hệ thống có 2 thiết bị ngưng tụ ghépđôi, nếu thiết bị thứ 2 chỉ có 1 pass đơn và thiết bị thứ nhất có 2 passthì tỷ lệ được đề xuất là 2:1 đối với thiết bị thứ nhất

Để tối ưu được kích thước thiết bị ngưng tụ kênh micro dạng ống

uốn ziczac dùng môi chất R209, Liang-Liang Shao cùng cộng sự [5]

đã đưa ra một mô hình số hoá về loại thiết bị ngưng tụ này, các kếtquả tính toán cho thấy phù hợp với kết quả thực nghiệm Qua phântích các kết quả đạt được cho thấy số lượng pass uốn cong, số lượngđường ống trong thiết bị và độ dài ống góp đầu vào là những thông sốthiết kế cơ bản đối với năng suất của thiết bị, độ chênh áp suất củamôi chất và lượng môi chất nạp vào hệ thống Ít pass uốn cong hơnnghĩa là phải tăng số lượng đường ống của thiết bị và làm ngắn lại ốnggóp đầu vào của thiết bị, do đó năng suất thấp, độ chênh áp suất thấp,lượng môi chất nạp thấp và ngược lại Nghiên cứu chứng minh đượcnăng suất thiết bị sẽ cao hơn khi dòng không khí giải nhiệt cho thiết bịđược phân bố đồng nhất, đồng thời khi thiết kế hoặc lắp đặt hệ thốngphải hạn chế sự chiếm diện tích của các luồng không khí có tốc độ thấptrên bề mặt thiết bị vì điều này làm giảm 20% hiệu suất.

Jun Li cùng cộng sự [6] đã giới thiệu sự bay hơi của dòng chảy 2

pha trong bình ngưng tụ và thảo luận về ứng dụng của nó Các nhànghiên cứu cố gắng tăng hiệu suất truyền nhiệt chung bằng cách sửdụng hệ số truyền nhiệt lớn từ phía dòng hơi Nhóm nghiên cứu giảithích lợi ích của việc tách riêng 2 pha hơi và lỏng và lý do làm tănghiệu suất của bình ngưng tụ Các nghiên cứu được thực hiện trên 1bình ngưng tụ kín kênh micro sử dụng môi chất R134a Nghiên cứu chỉ

ra rằng nhiệt độ trong quá trình ngưng tụ thoát ra thấp hơn 1,3K so vớibình ngưng tụ thông thường, áp suất ngưng tụ giảm trong khoảng 2%

Jun Li cùng cộng sự [7] trình bày các kết quả của một nghiên cứu

thực nghiệm để xác định sự ảnh hưởng của việc tách hơi và lỏng trongống góp đầu vào của bộ ngưng tụ kênh micro cho một hệ thống điềuhoà không khí di động (Mobile Air Coditioning) Môi chất sử dụng trong

hệ thống là R134a Trong kiểm tra về mức độ trao đổi nhiệt họ nhậnthấy rằng ở cùng nhiệt độ nước vào và nước ra, thiết bị ngưng tụ có sựtách hai pha hơi-lỏng có tốc độ dòng chảy thấp hơn từ 1,6% đến 7,4%

so với bình ngưng tụ thông thường đồng thời làm giảm nhiệt độ củamôi chất rời thiết bị với cùng tốc độ dòng chảy COP giữa hai hệ thống

được so sánh với cùng độ quá nhiệt, quá lạnh và năng suất làm lạnh.

Hệ thống có thiết bị ngưng tụ tách hai pha hơi-lỏng có COP cao hơn6,6%

Các thông số kích thước của thiết bị cũng là một yếu tố quan trọng

ảnh hưởng đến sự vận hành của thiết bị, vấn đề này được Zhang Huiyong và cộng sự [8] tìm hiểu thông qua việc nghiên cứu một mô

hình lý thuyết về thiết bị ngưng tụ kênh micro cho hệ thống lạnh dândụng nhằm tìm được thông số thiết kế tối ưu cho thiết bị với số lượng

và chiều dài đường ống khác nhau Kết quả của nghiên cứu chỉ ra rằngchiều dài đường ống tỷ lệ nghịch với số lượng và đường kính ống, vàviệc sử dụng thiết bị ngưng tụ kênh micro giúp giảm giá thành chế tạothiết bị

Ebrahim Al-Hajri và cộng sự [9] đã nghiên cứu sự truyền nhiệt

và sự chênh lệch áp suất đối với sự ngưng tụ của một thiết bị ngưng tụkênh micro có tỷ lệ kích thước lớn dùng môi chất R134a và R245fa.Kích thước của thiết bị ngưng tụ được xác định như sau: rộng 0,4 mm,cao 2,8 mm và dài 190 mm Sự ảnh hưởng của tốc độ lưu lượng khốilượng, nhiệt độ bão hoà và độ quá nhiệt đã được phân tích Kết quảcho thấy:

 Hệ số truyền nhiệt và sự chênh lệch áp suất giảm xuống khi nhiệt

độ bão hoà tăng lên

 Tăng lưu lượng khối lượng làm tăng hệ số truyền nhiệt và sự giảm ápsuất

 Hệ số truyền nhiệt có một ít ảnh hưởng đến độ quá nhiệt, trong khi

đó độ giảm áp suất không có ảnh hưởng nào đáng kể

 Môi chất R245fa có hệ số truyền nhiệt cao hơn 25% so với R134a ởcùng điều kiện vận hành

 Sự giảm áp suất của R245fa cao hơn 100% so với R134a ở cùng điềukiện vận hành

Long Huang cùng cộng sự [10] đã phát triển một mô hình mới

của những thiết bị ngưng tụ kênh micro với cấu trúc hình học đa dạng

Mô hình này đáp ứng được yêu cầu nghiên cứu về các thông số hìnhhọc như loại cánh, chiều của cánh, cấu trúc hình học của đường ống,hình dạng cổng vào, và vị trí của những đường ống và cánh Các nhànghiên cứu đã xác nhận mô hình mới với dữ liệu thực nghiệm từ 8nguồn khác nhau, 8 lưu chất khác nhau và với 18 cấu trúc hình học củacác bộ trao đổi nhiệt kênh micro Sự sai khác tuyệt đối với sự truyềnnhiệt là 2,7% và với sự chênh áp suất là 28% Các mô hình của cácthiết bị ngưng tụ kênh micro được sử dụng trong thí nghiệm trên thểhiện ở Hình 3.

a) Mô hình thử nghiệm tiêu chuẩn 1

b) Mô hình thử nghiệm 2 (có thay đổi hình dạng)

c) Mô hình thử nghiệm 3 (ghép đôi) d) Mô hình thử nghiệm 4

Hình 1 3 – Các mô hình được sử dụng trong thí nghiệm của Long

Huang

Bo Xu và cộng sự [11] thực hiện một nghiên cứu dựa trên thực

nghiệm và mô hình số hoá về một thiết bị ngưng tụ kênh micro trongmột hệ thống lạnh dân dụng Kết quả nghiên cứu cho thấy khi giảmđường kính trong của đầu vào thiết bị (từ 6 mm đến 4 mm) thì lượngmôi chất trong thiết bị ngưng tụ giảm (từ 6,9% đến 45,5%) và hầu nhưkhông làm giảm hiệu suất của hệ thống, và với cách bố trí dòng môichất trong thiết bị kiểu thuận dòng (để không khí có nhiệt độ thấp tiếpxúc với môi chất có nhiệt độ thấp trước) thì sẽ làm giảm phần lỏng môichất trong thiết bị và làm giảm lượng môi chất nạp

Sự ngưng tụ của môi chất trong thiết bị ngưng tụ kênh micro được

J.S Hu và cộng sự [12] nghiên cứu bằng thực nghiệm Trong 5 hình

thái ngưng tụ đạt được qua thí nghiệm, các nhà nghiên cứu khẳng định

sự ngưng tụ với hình thái sủi bọt chậm chiếm đa số trong thiết bịngưng tụ kênh micro Từ các kết quả thí nghiệm, có thể thấy ở cùngmột hệ số Reynold thì thiết bị ngưng tụ kênh micro với kích thướcđường kính ống nhỏ hơn có hệ số truyền nhiệt cao hơn Sự chênh lệch

áp suất trong thiết bị ngưng tụ kênh micro cũng cao hơn do sự mấtmát trong quá trình chuyển đổi pha So với hệ thống macro, hệ sốtruyền nhiệt trong hệ thống micro cao hơn và hệ số ma sát cũng thấphơn, điều này tạo tiền đề tốt cho sự phát triển của các hệ thống micro

Để tối ưu hoá hiệu suất của thiết bị ngưng tụ kênh micro mà không

thay đổi kích thước của nó Mohammad và cộng sự [13] đã tiến hành

thí nghiệm mô phỏng hoạt động của một thiết bị ngưng tụ kênh micro

và so sánh kết quả thu được với thông số đo đạc từ một mô hình thựcnghiệm Kết quả thu được cho thấy sự tương đồng giữa kết quả môphỏng và thực nghiệm chứng tỏ sự chính xác của mô phỏng là khá cao.Qua nghiên cứu, người ta nhận thấy khi tăng đường kính ống từ giá trịnhỏ nhất tới lớn nhất sẽ gây giảm tỷ lệ truyền nhiệt xuống khoảng 8%

và sự chênh lệch áp suất cũng giảm 94% Ngoài ra các thông số khác

liên quan đến thiết kế của thiết bị ngưng tụ kênh micro như hình dángcánh tản nhiệt, góc nghiêng của cánh, không có sự ảnh hưởng đáng

kể nào đến các thông số khác của thiết bị

Nghiên cứu sử dụng mô hình toán học động học nghiên cứu về

thiết bị ngưng tụ làm mát bằng không khí của Xing Xue và cộng sự [14] đã chỉ ra tầm quan trọng của thiết bị ngưng tụ trong sự hoạt động

của hệ thống đồng thời khẳng định thiết bị ngưng tụ luôn hoạt động vớiđiều kiện thay đổi liên tục Các điều kiện được nghiên cứu bao gồm sựthay đổi tốc độ máy nén, nhiệt độ không khí đầu vào, lưu lượng khôngkhí đầu vào; đồng thời các thông số trạng thái đều được biểu hiện dướidạng hàm của nhiệt độ Với một hoặc nhiều điều kiện vận hành thayđổi kéo theo các thông số khác thay đổi: a) Khi tốc độ máy nén tănglàm lượng môi chất chứa trong đường ống tăng dẫn đến áp suất ngưng

tụ tăng, b) Nhiệt độ không khí giải nhiệt tăng làm tăng áp suất ngưng

tụ do sự trao đổi nhiệt giảm, c) Khi tốc độ của dòng không khí giảinhiệt tăng thì áp suất ngưng tụ giảm do sự truyền nhiệt tăng lên

Tiếp tục nghiên cứu về các thông số hình học và kích thước của

thiết bị ngưng tụ kênh micro, Santiago và cộng sự [15] thực hiện một

nghiên cứu về mô hình số hoá của thiết bị ngưng tụ kênh micro Cácthông số thiết kế được đề cập đến trong nghiên cứu bao gồm số lượngpass về phía môi chất, tỷ lệ kích thước của thiết bị và sự ảnh hưởngcủa các cánh Kết quả nghiên cứu cho thấy khi tăng số pass của thiết

bị làm tăng hiệu quả truyền nhiệt và sự chênh lệch áp suất, tỷ lệ kíchthước tối ưu cũng được đề xuất với tỷ số L/H nên nhỏ hơn 1 (L – Chiềudài bộ trao đổi nhiệt kênh micro, H – Chiều cao bộ trao đổi nhiệt kênhmicro)

Bằng cách kết hợp giữa mô hình thực nghiệm và phân tích số hoá,

H El Mghari và cộng sự [16] đã nghiên cứu về sự truyền nhiệt khi

ngưng tụ của một kênh micro đơn dưới các dòng nhiệt biến đổi Từ cáckết quả đạt được, các nhà nghiên cứu nhận thấy với dòng nhiệt lớn thì

hệ số truyền nhiệt cao hơn và độ dài màng ngưng sẽ ngắn hơn

Với mong muốn giảm lượng môi chất nạp vào hệ thống và thu nhỏ

kích thước hệ thống, Pega và cộng sự [17] đã nghiên cứu một mô hình

thực nghiệm sử dụng 2 loại thiết bị ngưng tụ kênh micro bao gồm loại

có nhiều ống thẳng lắp song song (đường kính ống 0,7 mm) và loại ốnguốn cong ziczac (đường kính ống 4,06 mm) Khi so sánh lượng môi chấtnạp vào hệ thống, các nhà nghiên cứu nhận thấy với thiết bị ngưng tụkênh micro có nhiều ống thẳng lắp song song thì lượng môi chất nạpnào ít hơn 53% so với loại có ống uốn cong ziczac, và lượng môi chấtnạp vào là 18 g/kW so với 100 g/kW như những hệ thống khác Thiết bịngưng tụ kênh micro với nhiều ống thẳng có hệ số truyền nhiệt caohơn từ 60% đến 80% so với thiết bị ngưng tụ micro có ống uống congzic-zắc Và với thể tích nhỏ của kênh micro nhưng vẫn đảm bảo cùngmột diện tích bề mặt thì kích thước của cả hệ thống sẽ được thu nhỏlại

Liang và cộng sự [18] đã giới thiệu một thiết bị ngưng tụ kênh

micro dùng cho hệ thống điều hoà trên ôtô và phân tích các cải tiếnđược thực hiện trên thiết bị này Thiết bị này được cải tiến thêm ở đầuvào của thiết bị một trung tâm phân chia môi chất để đảm bảo lượngmôi chất đồng nhất có thể đi vào pass tiếp theo Kết quả cho thấynăng suất lạnh gia tăng 9,6% và tốc độ môi chất tăng 13,34% nếu sosánh với thiết bị ngưng tụ hàng ống thẳng song song bình thường

Mohammad Hassan Shojaeefard cùng cộng sự [19] đã xây

dựng một phương pháp kết hợp để dự đoán sự phân bố lưu lượng môichất dựa trên sự mô phỏng động lực học chất lỏng cho phân tích 3D(giải quyết các vấn đề bên trong các ống góp đầu vào của thiết bịngưng tụ) và phương pháp phần tử hữu hạn để giải quyết các vấn đề

về lưu lượng môi chất trong các đường ống của thiết bị ngưng tụ Kếthợp với mô hình thực tế sử dụng thiết bị ngưng tụ kênh micro gồm 4pass, các nhà nghiên cứu chia nhỏ mỗi đường ống trong mỗi pass làm

210 phần tử và nghiên cứu các đặc tính môi chất trong từng phần tử.Bằng cách sử dụng phương pháp kết hợp này, những ảnh hưởng của

một vài thông số hình học đến sự phân bố sai lưu lượng môi chất như

độ nhô ra của đầu các đường ống trong ống góp đầu vào, vị trí gắn ốngđầu vào của thiết bị ngưng tụ, đường kính ống đầu vào thiết bị ngưng

tụ đã được nghiên cứu Đối với độ nhô ra của đầu các đường ống trongống góp đầu vào, khi tăng độ nhô này từ ¼ đến ¾ kích thước đườngkính ống thì làm tăng sự chênh áp suất lên 14% và làm giảm năng suấtthiết bị xuống 3,9% Đối với vị trí gắn ống đầu vào của thiết bị ngưng

tụ, từ kết quả đạt được có thể kết luận càng gắn ở gần đỉnh của ốnggóp đầu vào thì năng suất thiết bị càng lớn.

Hình 1 4 – Mô phỏng vị trí ống đầu vào

Đối với đường kính ống đầu vào, khi thay đổi từ 8 đến 12 mm thì

độ giảm áp suất giảm 1 kPa và năng suất tăng lên 126 W Khi so sánhkết quả mô phỏng với dữ liệu thực tế thì sự sai khác về độ giảm ápsuất, năng suất ngưng tụ, nhiệt độ môi chất ở đầu ra của thiết bị khôngđáng kế (lần lượt là 2,8%; 4,1%; 3%) cho thấy độ chính xác của thiết

bị Những kết quả đạt được có thể giúp các nhà thiết kế giảm thiểu sựảnh hưởng của sự phân bố sai lưu lượng môi chất đến hiệu suất củathiết bị trao đổi nhiệt

Bằng việc mô phỏng số hoá, Hicham và cộng sự [20] đã sử dụng

nhiều công thức để tính toán truyền nhiệt khi ngưng tụ và tìm ra công

thức của Dobson [21] và Koyama [22] là gần với thực tế nhất Kết

quả đạt được áp dụng cho nhiều thiết bị ngưng tụ kênh micro với nhiều

kiểu hình dáng, nhiều tỷ lệ kích thước, và nhiều thông số hơi đầu vào.Khi giảm đường kính ống của thiết bị từ 250 μm và chiều dài thiết bị sẽm xuống 80 μm và chiều dài thiết bị sẽm thì giảm

độ dày của màng ngưng và tăng hệ số truyền nhiệt lên khoảng 39%với cùng lưu lượng khối lượng

Hasan và cộng sự [23] đã đánh giá sự ảnh hưởng của hình dáng kích thước đến đặc

tính truyền nhiệt và dòng chảy lưu chất của bộ trao đổi nhiệt kênh micro ngược chiều.Kết quả cho thấy rằng với cùng thể tích bộ trao đổi nhiệt, khi tăng số lượng kênh sẽ làmgiảm hiệu suất và tổn thất áp suất, kênh có biên dạng hình tròn cho kết quả hiệu suất tổngthể (nhiệt động và thủy lực) cao nhất

Bằng phương pháp mô phỏng số, Mohammed cùng cộng sự [24] cũng đã nghiên

cứu ảnh hưởng của hình dạng kênh đến sự thay đổi hiệu suất nhiệt và dòng chảy của bộtrao đổi nhiệt micro Đối với bộ tản nhiệt micro thì có 3 hình dạng khác nhau là zigzag,curvy, step được so sánh với bộ tản nhiệt có kênh thẳng và gợn sóng (wavy) Hiệu suất

bộ tản nhiệt kênh micro được đánh giá dựa trên thông số nhiệt độ, hệ số truyền nhiệt, tổnthất áp suất, hệ số ma sát, ứng suất trượt trên thành kênh Kết quả là trong cùng một mặtcắt ngang, kênh micro có hình dạng zigzag cho hệ số truyền nhiệt lớn nhất, tiếp đến làkênh curvy Tuy nhiên, sự sụt áp trong bộ tản nhiệt kênh micro cao hơn kênh thẳng vàgợn sóng (wavy) Bộ tản nhiệt kênh micro dạng zigzag có trị số tổn thất áp suất, hệ số masát và ứng suất trượt thành kênh cao nhất

Kittipong Sakamatapana và cộng sự [25] đã chế tạo hệ thống thí nghiệm đa kênh,

với 14 kênh với đường kính thủy lực 1,1 mm, và 8 kênh với đường kính thủy lực 1,2 mmđược thiết kế như một thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống ngược dòng, với lưu lượng môichất lạnh từ 340 đến 680 kg/m2, lưu lượng nhiệt 15,20 và 25 kW/m2 và nhiệt độ bão hòa

35 - 45°C Kết quả cho thấy hệ số truyền nhiệt trung bình tăng với sự gia tăng chất lượnghơi, thông lượng khối lượng và dòng nhiệt, nhưng giảm khi nhiệt độ bão hòa tăng

Sira Saisorna và cộng sự [26] cũng đã làm thí nghiệm để tìm hiểu về sự truyền

nhiệt của dòng hơi chảy trong các kênh micro ngang và dọc khi sử dụng môi chất R134a.Kết quả cũng chỉ ra rằng sự chuyển đổi chế độ dòng chảy và hệ số truyền nhiệt thườngphụ thuộc vào hướng dòng chảy trong điều kiện thí nghiệm nhất định Ngoài ra, việc sosánh giữa dữ liệu thực nghiệm và các dự đoán được đề xuất cho dòng chảy quy mô lớn

hoặc luồng vi lượng được trình bày trong nghiên cứu này Từ các dữ liệu cũng cho thấyrằng hệ số truyền nhiệt dòng chảy thằng đứng cao hơn dòng chảy nằm ngang.

S Yildiz và cộng sự đã [27] nghiên cứu sự truyền nhiệt trong quá trình ngưng tụ

hơi nước của R134a bên trong một ống vây nhỏ có hướng ống khác nhau Nghiên cứunày cho thấy sự truyền nhiệt xảy ra trong quá trình ngưng tụ hơi lạnh của môi chất R134atrong một ống vây nhỏ nghiêng (đường kính 0,008m và dài 0,5m) Các thí nghiệm đượcthực hiện ở áp suất hệ thống là 0,74 MPa và góc nghiêng 30°, 38°, 45°, 60° và 90° so vớichiều ngang Các thí nghiệm chỉ ra góc nghiêng có ảnh hưởng đáng kể đến việc truyềnnhiệt trong quá trình ngưng tụ hồi lưu Hệ số truyền nhiệt lớn nhất đã được tìm thấy ởgóc nghiêng 30° Tại sự sắp xếp này, sự truyền nhiệt tăng lên 2,45 so với trường hợpthẳng đứng So sánh với các nghiên cứu trước đây cho thấy việc truyền nhiệt trong ốngvây nhỏ gấp 2,2 lần so với ống đồng, và tốt hơn 1,34 lần so với ống hình chữ nhật phẳng

ở độ nghiêng 30°

G Goss Jr và cộng sự [28] đã nghiên cứu về sự truyền nhiệt trong quá trình ngưng

tụ R134a bên trong 8 bộ thiết bị trao đổi nhiệt kênh micro song song Trong nghiên cứunày, hệ số truyền nhiệt cục bộ được khảo sát thực nghiệm trong quá trình ngưng tụ đốilưu của R134a bên trong 8 micro tròn (đường kính D = 0.77 mm) Các điều kiện đo baogồm áp suất, chất lượng hơi, thông lượng nhiệt và khối lượng dao động tương ứng từ 7,3đến 9,7 bar; 0,55 đến 1, 17 đến 53 kW m-2, và 230 đến 445 kg m-2 s-1 Kết quả cho thấyvận tốc và chất lượng hơi có ảnh hưởng quan trọng đến hệ số truyền nhiệt

Yang Zoua và [29] cộng sự đã nghiên cứu sự ảnh hưởng của dầu lên sự phân bố

R134a trong bộ trao đổi nhiệt kênh micro với đầu ống góp thẳng đứng Bài báo này trìnhbày dòng chảy của môi chất R134a và dầu (PAG 46) lên phía trên của bộ trao đổi nhiệtkênh micro (so với R134a và R410A thuần túy) và ảnh hưởng của nó đến sự phân bố.Hỗn hợp được đưa vào đầu ống góp thông qua năm ống ở đáy và thoát ra khỏi năm ống ởđầu ống góp cho biết dòng chảy trong kiểu bơm nhiệt của bộ phận gia cố ngoài trời trongcác hệ thống đảo chiều Chất lượng dao động từ 0,2 đến 0,8 và tốc độ dòng chảy từ 1,5đến 4,5 kg/h trên mỗi ống Tốc độ tuần hoàn dầu (OCR) dao động từ 0% đến 4,7%

Zhaogang Qi [30] cũng đã nghiên cứu thí nghiệm về hiệu suất của thiết bị ngưng tụ

kênh micro một pass với các loại môi chất lạnh R22, R410A và R407C trong hệ thốngđiều hòa không khí dân dụng/thương mại Các bài kiểm tra được thực hiện trong một

phòng nhiệt lượng kế dưới tải đầy đủ, 75% và 50% điều kiện đầy tải Kết quả thí nghiệmcho thấy sự ngưng tụ R410A có lượng chất thải nhiệt cao hơn tụ R22 và R407C lần lượttương ứng là 15,6 ~ 26,3% và 12,3 ~ 22,7% Trong khi đó máy cô đặc R407C có hiệusuất truyền nhiệt tốt hơn bình ngưng R22 dưới điều kiện đầy đủ và 75% tải trọng nhưngnhỏ hơn dưới 50% điều kiện tải Từ các kết quả, sự ngưng tụ nhiệt của thiết bị ngưng tụđược giữ ở mức không thay đổi khi vận tốc không khí tăng từ 2,56 m/s đến 3,10 m/s bởi

vì sự thay đổi nhiệt độ không khí bên ngoài rất nhỏ Kết luận rằng thiết bị ngưng tụ kênhmicro một pass có thể được áp dụng trong điều hòa không khí dân dụng/thương mại, đểnâng cao hiệu năng hệ thống khi R22 được thay thế bởi R410A và R407C

José M Corberán và cộng sự [31] đã mô hình hoá các thiết bị bay hơi và ngưng tụ

ống vây làm việc với R134A Một mô hình mô phỏng máy tính cho các tấm trao đổi nhiệtống vây đã được phát triển, có khả năng tiên đoán sự truyền nhiệt của thiết bị bay hơihoặc bình ngưng với độ chính xác ±5% trong phạm vi nghiên cứu Các phép đo đã đượcthực hiện ở thiết bị bay hơi và ngưng tụ của một bộ điều hòa không khí nhỏ, cho phépđánh giá chất lượng giả thiết của mô hình và nghiên cứu về mối tương quan giữa hệ sốtruyền nhiệt trong thiết bị bay hơi và ngưng tụ với sự giảm áp suất do ma sát, trong sốyêu cầu được đề cập nhiều nhất trong các tài liệu kỹ thuật, nhất trí với kết quả thựcnghiệm

1.3 Mục đích của đề tài

Đề tài này tập trung nghiên cứu tính toán các thông số thiết kế đểlựa chọn các thiết bị cho hệ thống, sau đó tiến hành lắp đặt và chạythực nghiệm để thu thập số liệu Từ các số liệu thực nghiệm thu thậpđược chúng tôi có thể đưa ra đề xuất phạm vi hoạt động của hệ thống

1.4 Giới hạn đề tài

Các số liệu thu được từ thực nghiệm cho thấy phạm vi hoạt độngcủa hệ thống bị giới hạn do dòng điện làm việc của máy nén

1.5 Phương pháp nghiên cứu

- Tống quan các nghiên cứu liên quan

- Tính toán các thông số để lựa chọn các thiết bị trong hệ thống thínghiệm

- Đề xuất mô hình thí nghiệm

- Lắp đặt hệ thống để chạy thực nghiệm lấy thông số

- Thông qua các số liệu thực nghiệm để đề xuất phạm vi hoạt động của

hệ thống

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Cơ sở lựa chọn thiết bị cho hệ thống

2.1.1 Sơ đồ nguyên lý

Sử dụng đồ thị lgp – h để thể hiện chu trình lý thuyết của hệ thốngthí nghiệm

Hình 2 1 – Đồ thị lgp - h của chu trình lý thuyết

1 – 2: Quá trình nén đoạn nhiệt đẳng entropy

2 – 3: Quá trình ngưng tụ đẳng áp

3 – 4 : Quá trình tiết lưu đẳng enthalpy

4 – 1: Quá trình bay hơi đẳng áp

5 – Điểm thuộc vùng lỏng bão hoà có áp suất p o dùng để tính toán cácđiểm nút khác

Sơ đồ hệ thống được đề xuất như sau:

Hình 2 2 – Sơ đồ hệ thống thí nghiệm

1 – Máy nén; 2 – Thiết bị ngưng tụ; 3 – Thiết bị thí nghiệm; 4 – Bình

chứa cao áp;

5 – Dàn bay hơi; 6 – Van tiết lưu tayHơi quá nhiệt với áp suất cao sau khi được nén ra khỏi máy nén điđến thiết bị ngưng tụ (ở đây sử dụng hai loại thiết bị ngưng tụ là thiết

bị ngưng tụ ống đồng cánh nhôm truyền thống và thiết bị ngưng tụ ốngđồng cánh nhôm kích thước micro) và toả nhiệt cho môi trường xungquanh để ngưng tụ thành lỏng cao áp Lỏng cao áp sau đó đi tới bìnhchứa cao áp, một lượng lớn lỏng cao áp được trữ lại tại đây Sau đólỏng cao áp tiếp tục đi tới dàn bay hơi, trước khi vào dàn bay hơi lỏngcao áp qua van tiết lưu tay và áp suất môi chất được hạ xuống áp suấtbay hơi đồng thời chuyển thành dạng vừa lỏng vừa hơi Hỗn hợp lỏng

và hơi môi chất này đi vào dàn bay hơi, nhận nhiệt của không khí xungquanh, bay hơi và được hút về lại máy nén tiếp tục chu trình

Để tính toán các thông số của chu trình ta cần xác định trước 2 giá

trị cơ bản là nhiệt độ ngưng tụ t k và nhiệt độ bay hơi t o Từ hai giá trịnày ta bắt đầu tra bảng hơi bão hoà và hơi quá nhiệt của môi chấtR134a để xác định thông số các điểm nút của chu trình

 Trạng thái điểm nút 1

Trạng thái 1 là điểm nằm trên đường hơi bão hoà khô nên ta tra

bảng Tính chất nhiệt động của R134a ở trạng thái bão hoà [32] với giá trị t o đã xác định và tra được các thông số bao gồm áp suất ngưng tụ

p 1 = p o , nhiệt độ t 1 , enthalpy h 1 và entropy s 1

 Trạng thái điểm nút 5

Trạng thái 5 là điểm nằm trên đường lỏng bão hoà nên ta tra bảng

Tính chất nhiệt động của R134a ở trạng thái bão hoà [32] với giá trị t

đã xác định và tra được các thông số bao gồm p 5 = p 1 , nhiệt độ t 5,

enthalpy h 5 và entropy s 5

 Trạng thái điểm nút 3

Trạng thái 3 là điểm nằm trên đường lỏng bão hoà nên ta tra bảng

Tính chất nhiệt động của R134a ở trạng thái bão hoà [32] với giá trị t 3

= t k , p 3 = p k đã xác định và tra được các thông số bao gồm enthalpy h 3

và entropy s 3

 Trạng thái điểm nút 4

Trạng thái 4 là điểm nằm trong vùng hơi bão hoà ẩm và có áp suất

bằng áp suất bay hơi p 4 = p o nên nhiệt độ điểm 4, t 4 = t 5 = t 1 Muốn tìm

giá trị enthalpy điểm 4 cần biết độ khô x 4 Quá trình 3 – 4 là quá trình

tiết lưu đẳng enthalpy nên h 3 = h 4, ta tính độ khô của điểm 4 theo côngthức sau:

4 5 4

Trạng thái 2 nằm ở vùng hơi quá nhiệt nên các giá trị như nhiệt độ

t 2 , enthalpy h 2 và entropy s 2 phải tra ở bảng Tính chất nhiệt động của hơi quá nhiệt R134a [32].

Với giá trị p k đã tìm được ta tra bảng hơi quá nhiệt với giá trị áp

suất như vậy và dựa vào dữ kiện s 2 = s 1 để tìm ra giá trị nhiệt độ vàenthalpy của điểm 2

Trong trường hợp không tim được giá trị áp suất ngưng tụ p k trongbảng hơi quá nhiệt ta cần sử dụng phép nội suy để tìm điểm 2

Giả sử p k = a nhưng trong bảng hơi quá nhiệt chỉ có giá trị áp suấtthấp hơn hoặc cao hơn giá trị a thì ta chọn 2 bảng số liệu với áp suấtbằng a – 1 và a + 1 để tính các giá trị nhiệt độ và enthalpy trên và dưới

rồi từ đó nội suy để tính ra t 2 và h 2 cần tìm

Bảng 2 1 – Bảng áp suất p = a - 1

tahasa

t 2’

h 2’

s 2

Dùng công thức nội suy để tìm ra các giá trị t 2’ , h 2’

Bảng 2 2 – Bảng áp suất p = a + 1

tchcsc

t 2”

h 2”

s 2

tdhdsd

Dùng công thức nội suy để tìm ra các giá trị t 2” , h 2”.

Vậy ta đã tính toán xong thông số các điểm nút của chu trình

Ta thống kê lại các thông số vào bảng để tiện truy xuất dữ liệu khi cầnthiết.

Bảng 2 4 – Bảng thống kê thông số các điểm nút của chu trình

Sau khi đã có các thông số ta tiến hành tính toán các giá trị sau đểtìm các thông số thiết kế cho các thiết bị của hệ thống.

 Công nén riêng cấp cho máy nén (kJ/kg):

Q G q

Sau khi đã xác định được các công thức cần thiết, ta tiến hành tínhtoán các thông số của chu trình

Chọn nhiệt độ ngưng tụ t k = 50oC và nhiệt độ bay hơi t o = 5oC

Bảng 2 5 – Thông số các điểm nút của chu trình

Chu trình được tính cho 1 kg môi chất lạnh đi qua thiết bị bay hơi

Công riêng cấp cho máy nén (kJ/kg):

Từ các thông số đã tính toán ở trên chúng tôi tiến hành lựa chọn các thiết bị cho hệ thống

2.2 Lựa chọn máy nén và các thiết bị phụ

 Chọn máy nén

Chúng tôi lựa chọn công suất điện của máy nén vào khoảng 1/4 Hp, ứng với côngsuất điện này chúng tôi chọn máy nén của hãng KULTHORN với model máy AZ 0411Y

Hình 2 3 – Máy nén được sử dụng trong hệ thống

Thông số kỹ thuật của máy nén lạnh KULTHORN AZ 0411Y

Bảng 2 6 – Thông số máy nén KULTHORN AZ 0411Y

Điện áp

(V) Tần số(Hz)

Dònglàm việc

Công suấtlạnh Côngsuất

tiêu thụ(W)

BTU/

Với máy nén đã chọn ta có công suất lạnh máy nén có thể đạt được là

 Chọn kiểu thiết bị, dự đoán chế độ làm việc: phụ thuộc vào côngsuất của hệ thống, phương pháp giải nhiệt, diện tích lắp đặtthiết bị,

 Xác định tải nhiệt Q k (kW) của thiết bị ngưng tụ:

k

Trong đó:

G – Lưu lượng khối lượng qua thiết bị, kg/s.

h 2 , h 3 – Enthalpy đầu vào và đầu ra thiết bị ngưng tụ, kJ/kg.Dựa vào việc tính toán các điểm nút của chu trình ta có thể xácđịnh được tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ

Hình 2 4 – Thiết bị ngưng tụ

 Chọn thiết bị bay hơi

Thiết bị bay hơi có nhiệm vụ hoá hơi gas bão hoà ẩm sau tiết lưu đồng thời làm lạnhmôi trường cần làm lạnh Như vậy cùng với thiết bị ngưng tụ, máy nén và thiết bị tiết lưu,thiết bị bay hơi là một trong những thiết bị quan trọng nhất không thể thiếu được trongcác hệ thống lạnh Quá trình làm việc của thiết bị bay hơi ảnh hưởng đến thời gian vàhiệu quả làm lạnh Chính vì vậy mà phải chọn thiết bị bay hơi có công suất phù hợp với

hệ thống Với Q o bằng với công suất lạnh của máy nén (do lưu lượng môi chất qua các

thiết bị là như nhau) nên Q o = 280 W Trong mô hình thí nghiệm này, nhóm chúng tôi lựachọn thiết bị bay hơi kiểu ống đồng cánh nhôm có công suất 185 W và dùng quạt côngsuất 40 W để tạo sự đối lưu cưỡng bức không khí qua dàn, như vậy có thể đáp ứng đượccông suất yêu cầu

Hình 2 5 – Thiết bị bay hơi

 Chọn van tiết lưu

Van tiết lưu đảm nhận nhiệm vụ quan trọng trong hệ thống lạnh,được sử dụng để điều chỉnh lỏng vào thiết bị bay hơi Tuỳ từng mụcđích sử dụng và công suất mà người ta chọn tiết lưu tay hoặc tiết lưu tựđộng (van tiết lưu tự động có hai loại, cân bằng trong hoặc cân bằngngoài)

Với mô hình hướng đến mục tiêu phục vụ cho công việc nghiên cứu nên nhómchúng tôi sử dụng van tiết lưu tay để có thể dễ dàng điều chỉnh theo ý muốn của người sửdụng Van tiết lưu tay được chọn là van tiết lưu hai đầu nối rắc co với đường ống 6 mm

Hình 2 6 – Van tiết lưu tay

 Bình chứa cao áp

Bình chứa cao áp được bố trí ngay sau thiết bị ngưng tụ để chứalỏng cao áp, giải phóng bề mặt ngưng tụ và đảm bảo cấp lỏng liên tụccho thiết bị bay hơi Theo tiêu chuẩn an toàn thì bình chứa cao áp phảiđạt sức chứa bằng 30% sức chứa của toàn bộ thiết bị bay hơi đối với hệthống cấp lỏng từ trên và 60% với hệ thống cấp lỏng từ dưới, khi vậnhành mức lỏng trong bình đạt 50% thể tích của bình

Sức chứa của bình chứa cao áp cấp lỏng từ dưới được tính bằngcông thức sau [33]:

V BC – Dung tích bình chứa cao áp, m3.

V BH – Dung tích hình học của tổng thiết bị bay hơi, m3

Trong hệ thống này, đường kính ống đồng trong thiết bị bay hơi có

tiết diện d = 10 mm và độ dài đường ống L = 2200 mm nên V BH có thểtính như sau:

Hình 2 7 – Bình chứa cao áp

 Phin lọc

Trong quá trình lắp đặt hệ thống, hoặc bảo trì, sửa chữa dù đãtuân thủ các biện pháp làm sạch, làm kín nhưng vẫn không tránh đượcbụi bẩn, mạt kim loại, vảy hàn, lọt vào hệ thống Hoặc trong quátrình nạp, xả dầu và môi chất lạnh bụi bẩn cũng có thể lọt vào; haytrong thời gian vận hành quá trình phân huỷ dầu lạnh, môi chất lạnhhoặc các chi tiết cơ khí của máy bị mài mòn cũng có thể tạo ra cặnbẩn Các loại cặn bẩn này đe doạ sự hoạt động của hệ thống, gâynghẹt các chi tiết như van tiết lưu, giảm tuổi thọ của các chi tiếtchuyển động và dễ xảy ra sự cố khi vận hành Để tránh trường hợp nàyngười ta dùng phin lọc bẩn đặt trên đường hơi và đường lỏng

Trong hệ thống này nhóm chúng tôi đặt phin lọc trên đường lỏngsau bình chứa cao áp để bảo vệ tiết lưu không bị nghẹt