Đề tài nghiên cứu khoa học: Nghiên cứu, ứng dụng ống nhiệt trọng trường trên máy sấy điện trở

Chia sẻ: Kiều Lan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:93

Thêm vào BST

Báo xấu

24
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu đề tài "Nghiên cứu, ứng dụng ống nhiệt trọng trường trên máy sấy điện trở" nhằm đánh giá hiệu suất trao đổi nhiệt (phần nhiệt hiện) của bộ ống nhiệt trọng trường môi chất R134a khi kết hợp vào máy sấy điện trở để thu hồi nhiệt thải ở điều kiện khí hậu Việt Nam; Đánh giá hiệu quả năng lượng máy sấy điện trở khi kết hợp ống nhiệt trọng trường môi chất R134a ở điều kiện khí hậu Việt Nam.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đề tài nghiên cứu khoa học: Nghiên cứu, ứng dụng ống nhiệt trọng trường trên máy sấy điện trở

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CÔNG TRÌNH NCKH DÀNH CHO GIẢNG VIÊN TRẺ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG ỐNG NHIỆT TRỌNG TRƯỜNG TRÊN MÁY SẤY ĐIỆN TRỞ S K C 0 0 3 9 5 9 MÃ SỐ: T2020-03GVT S KC 0 0 7 3 1 1 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 8/2021
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC DÀNH CHO GIẢNG VIÊN TRẺ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG ỐNG NHIỆT TRỌNG TRƯỜNG TRÊN MÁY SẤY ĐIỆN TRỞ Mã số: T2020-03GVT Chủ nhiệm đề tài: ThS. Nguyễn Thành Luân TP. HCM, 08/2021
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC DÀNH CHO GIẢNG VIÊN TRẺ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG ỐNG NHIỆT TRỌNG TRƯỜNG TRÊN MÁY SẤY ĐIỆN TRỞ Mã số: T2020-03GVT Chủ nhiệm đề tài: ThS. Nguyễn Thành Luân Thành viên đề tài: Không TP. HCM, 08/2021
NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG ỐNG NHIỆT TRỌNG TRƯỜNG TRÊN MÁY SẤY ĐIỆN TRỞ Mã số: T2020-03GVT Danh sách những thành viên tham gia nghiên cứu đề tài và đơn vị phối hợp chính STT Vai trò Họ và Tên 1 Chủ nhiệm đề tài Nguyễn Thành Luân 2 Thành viên nghiên cứu Không
MỤC LỤC MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 I. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ............................................ 1 II. Tính cấp thiết .......................................................................................................... 2 III. Mục tiêu ................................................................................................................ 3 IV. Cách tiếp cận......................................................................................................... 3 V. Phương pháp nghiên cứu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................................ 3 VI. Nội dung nghiên cứu. ........................................................................................... 3 CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ........................................................................... 5 1.1 Tổng quan về máy sấy điện trở ............................................................................. 5 1.2 Tổng quan về ống nhiệt ........................................................................................ 6 1.3 Cơ sở lý luận sự kết hợp máy sấy điện trở và ống nhiệt ..................................... 13 CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TỦ SẤY ĐIỆN TRỞ VÀ BỘ ỐNG NHIỆT TRỌNG TRƯỜNG MÔI CHẤT R134a ................................................................... 17 2.1 Tính toán thiết kế máy sấy đối lưu (điện trở) ..................................................... 17 2.1.1 Tính toán quá trình sấy lý thuyết ..................................................................... 17 2.1.2 Tính toán quá trình sấy thực tế ........................................................................ 18 2.2 Tính toán thiết kế ống nhiệt ................................................................................ 23 CHƯƠNG 3. MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM , KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .......... 27 3.1 Mô hình thực nghiệm .......................................................................................... 27 3.2 Nội dung thực nghiệm và các tiêu chí đánh giá .................................................. 28 3.3 Kết quả và thảo luận ........................................................................................... 30 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................. 39 Kết luận ..................................................................................................................... 39 Kiến nghị ................................................................................................................... 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 41 PHỤ LỤC.................................................................................................................. 43 i
DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Thông số làm việc một số loại ống nhiệt..................................................... 8 Bảng 2.1 Thông số đầu vào cho thiết kế máy sấy đối lưu. ....................................... 17 Bảng 2.2 Thông số các điểm nút quá trình sấy lý thuyết .......................................... 18 Bảng 2.3 Thông số các điểm nút quá trình sấy thực tế ............................................. 22 Bảng 2.4 Thông số đầu vào cho thiết kế máy sấy đối lưu. ....................................... 23 Bảng 3.1 Thông số bộ ống nhiệt ............................................................................... 27 Bảng 3.2 Bố trí thí nghiệm theo phương pháp trực giao 2 nhân tố .......................... 29 Bảng 3.3 Hiệu quả sử dụng năng lượng tủ sấy ......................................................... 37 ii
DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Nguyên lý cấu tạo máy sấy đối lưu (điện trở) và đồ thị I-d ......................... 5 Hình 1.2 Nguyên lý cấu tạo ống nhiệt (heat pipe) ...................................................... 6 Hình 1.3 Cấu tạo bên trong ống nhiệt mao dẫn .......................................................... 7 Hình 1.4 Nguyên lý cấu tạo ống nhiệt ly tâm ............................................................. 7 Hình 1.5 Sơ đồ nhiệt trở quá trình truyền nhiệt qua ống nhiệt ................................. 11 Hình 1.6 Tiềm năng thu hồi nhiệt thải máy sấy đối lưu ........................................... 14 Hình 1.7 Sơ đồ thu hồi nhiệt không khí sau buồng sấy ............................................ 15 Hình 1.8 Sơ đồ bố trí ống nhiệt trọng trường trong máy sấy điện trở và đồ thị I-d . 15 Hình 2.1 Đồ thị I-d quá trình sấy lý thuyết ............................................................... 18 Hình 2.2 Bố trí khay trong buồng sấy ....................................................................... 18 Hình 2.3 Sơ đồ cân bằng nhiệt tại thiết bị sấy .......................................................... 19 Hình 2.4 Thông số các lớp của vách buồng sấy ....................................................... 20 Hình 2.5 Sơ đồ trao đổi nhiệt .................................................................................... 24 Hình 2.6 Giản đồ giải hệ phương trình bằng phương pháp lặp ................................ 26 Hình 3.1 Bố trí ống nhiệt thu hồi nhiệt thải buồng sấy............................................. 27 Hình 3.2 Chênh lệnh nhiệt độ không khí vào, ra phần ngưng-phần sôi ống nhiệt .. 31 Hình 3.3 Nhiệt trao đổi ở phần ngưng, phần sôi ống nhiệt và tỉ số truyền nhiệt ...... 31 Hình 3.4 Công suất nhiệt ống nhiệt theo thực nghiệm, lý thuyết và sai lệch ........... 32 Hình 3.5 Nhiệt trao đổi tại phần sôi và phần ngưng ống nhiệt ở chế độ thực nghiệm và lý thuyết ................................................................................................................ 32 Hình 3.6 Chênh lệch nhiệt độ không khí qua phần sôi và phần ngưng ống nhiệt ... 34 Hình 3.7 Lượng nhiệt thu hồi ứng với nhiệt độ không khí vào phần sôi ống nhiệt .. 35 Hình 3.8 Hiệu suất trao đổi nhiệt bộ ống nhiệt ......................................................... 36 Hình 3.9 Mức tăng về hiệu quả sử dụng năng lượng của tủ sấy khi kết hợp ống nhiệt so với trường hợp không có ống nhiệt ............................................................. 38 iii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Qa- Giới hạn âm thanh công suất nhiệt của ống nhiệt; W Ah- Tiết diện hơi trong ống nhiệt; m2 r- Nhiệt ẩn hóa hơi; J/kg R- Hằng số chất khí; J/kmol.K Th- Nhiệt độ tuyệt đối của hơi; K k- Hệ số mũ đoạn nhiệt của hơi. Qs- Giới hạn sôi công suất nhiệt của ống nhiệt; W n- Khối lượng riêng chất lỏng ngưng; kg/m3 h- Khối lượng riêng hơi; kg/m3 Fis- Diện tích mặt trong phần ngưng ống nhiệt; m2 - Sức căng bề mặt môi chất; N/m g- Gia tốc trọng trường; m/s2 Qc- Giới hạn lôi cuốn công suất nhiệt của ống nhiệt; W tz - Nhiệt độ trung bình dòng không khí đi qua phần sôi ống nhiệt; K tw - Nhiệt độ trung bình dòng không khí đi qua phần ngưng ống nhiệt; K Fes - Diện tích mặt ngoài ống nhiệt phần sôi; m2 Fen - Diện tích mặt ngoài ống nhiệt phần ngưng; m2 Fis- Diện tích mặt trong ống nhiệt phần sôi; m2 Fin - Diện tích mặt trong ống nhiệt phần ngưng; m2 des- Đường kính ngoài của ống nhiệt phần sôi; m dis - Đường kính trong của ống nhiệt phần sôi; m den- Đường kính ngoài của ống nhiệt phần ngưng; m din - Đường kính trong của ống nhiệt phần ngưng; m v - Hệ số dẫn nhiệt của vách ống nhiệt; W/m.K. s- Hệ số tỏa nhiệt khi ngưng của môi chất trong ống nhiệt; W/m2.K s - Hệ số tỏa nhiệt khi sôi của môi chất trong ống nhiệt; W/m2.K z - Hệ số tỏa nhiệt đối lưu không khí bên ngoài phần sôi ống nhiệt; W/m2.K w - Hệ số tỏa nhiệt đối lưu không khí bên ngoài phần ngưng ống nhiệt; W/m2.K z - Hệ số dẫn nhiệt của không khí đi ở phần sôi ống nhiệt; W/m.K iv
w - Hệ số dẫn nhiệt của không khí ứng ở phần ngưng ống nhiệt; W/m.K Nu- Số Nusselt Pr - Số Prandtl  - Độ nhớt không khí; kg/m.s Vmax - Tốc độ không khí lớn nhất khi qua khe hẹp bộ trao đổi nhiệt; m/s V - Tốc độ không khí trong kênh; m/s d - Đường kính ống; m s1 - Bước ống ngang; m ps- Áp suất hơi môi chất trong phần sôi; N/m2 pn - Áp suất hơi môi chất trong phần ngưng ống nhiệt; N/m2 Th - Nhiệt độ trung bình hơi trong ống; K Qi- Công suất nhiệt bên trong của ống nhiệt; W  - Hệ số nạp r- Hệ số dẫn nhiệt của lỏng môi chất nạp; W/m.K Pbh- Áp suất hơi bão hòa; bar d- Dung ẩm; kg/kgkk I- Entanpy không khí; kJ/kg - Độ ẩm tương đối; % t- Nhiệt độ không khí; 0C Pkq- Áp suất khí quyển; Pkq=1 (bar) - Nhiệt tổn thất khi làm bay hơi 1 kg ẩm; kJ/kga hfg- Nhiệt hóa hơi của ẩm theo nhiệt độ sấy; J/kg v
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Độc lập - Tự do - Hạnh phúc KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BẢN GIẢI TRÌNH CHỈNH SỬA BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NCKH DÀNH CHO GIẢNG VIÊN TRẺ 1. Tên đề tài: Nghiên cứu, ứng dụng ống nhiệt trọng trường trên máy sấy điện trở 2. Mã số đề tài: T2020-03GVT 3. Họ và tên, học vị, chức danh khoa học của chủ nhiệm: ThS. Nguyễn Thành Luân 4. Đơn vị công tác: Khoa Cơ Khí Động Lực 5. Giải trình chỉnh sửa báo cáo tổng kết đề tài: Nội dung góp ý của Hội TT Kết quả chỉnh sửa, bổ sung Ghi chú đồng (1) (2) (3) (4) Ống nhiệt trọng trường có 3 giới hạn bao gồm: Giới hạn âm thanh, giới hạn sôi, giới hạn lôi cuốn. Vì vậy khi thiết kế vận hành cần đảm bảo công suất nhiệt nhỏ hơn các công suất giới hạn trên, đảm bảo an toàn và không làm hỏng ống nhiệt. Qua các tính toán và thực nghiệm người ta thấy rằng giới hạn lôi cuốn là nhỏ nhất. Vì vậy khi thiết kế và 1 Tính toán giới hạn ống nhiệt. vận hành chỉ quan tâm đến giới hạn lôi cuốn (phần lý thuyết ống nhiệt trang 8-10). Sau khi xác định công suất một ống nhiệt. Tác giả đã tính giới hạn lôi cuốn để kiểm tra công suất ống nhiệt thiết kế (Trang 26). Qua tính toán công suất nhiệt thiết kế thỏa mãn điều kiện nhỏ hơn công suất nhiệt lôi cuốn. Tác giả đã vẽ lại hình 2.4 đúng tên 2 Vẽ lại hình 2.4 các lớp của vách buồng sấy (Trang 20). Phương trình mật độ dòng nhiệt Phạm vi sử dụng của được áp dụng cho trường hợp dòng 3 phương trình mật độ dòng tác nhân sấy là không khí và chảy nhiệt trang 20. rối. Tác giả đã bổ sung phạm vi sử dụng phương trình (Trang 20). vi
Phương pháp trực giao là phương pháp thiết kế ma trận thực nghiệm với các trường hợp khảo sát của biến Ý nghĩa phương pháp trực ở biên và ở tâm. Phương pháp cho 4 giao tác giả đề cập đến trong phép khảo sát toàn bộ vùng với số báo cáo là gì? lượng thực nghiệm ít nhất. Tác giả đã bổ sung ý nghĩa của phương pháp bố trí thí nghiệm (Trang 28). Vẽ lại đồ thị I-d vì điểm 2 Tác giả đã chỉnh sửa lại đồ thị I-d cao hơn trục tung, độ ẩm Hình 1.1 (Trang 5), Hình 1.8 (Trang tương đối tại điểm 3.Do 15), Hình 2.3 (Trang 19) công suất máy sấy có 0.5 kg Công suất máy (mô hình) nhỏ nên 5 quá nhỏ nên nhiệt độ không khi chế tạo buồng sấy ngắn. Do đó, khí ra khỏi buồng sấy 60oC tổn thất năng lượng tủ sấy còn lớn. còn cao nên tổn thất năng Tác giả đã bổ sung vấn đề này vào lượng lớn và độ ẩm ra quá phần hạn chế của đề tài (Trang 39) thấp có 20.2 %. Tác giả đã bổ sung các công thức Bổ sung lại tính toán phương tính các nhiệt thành phần trong 6 trình cân bằng nhiệt công phương trình cân bằng nhiệt ở công thức(2.4) thức 2.4 (Trang 19) Tác giả đã bổ sung một số hạn chế của đề tài như: độ hoàn thiện trong chế tạo mô hình máy sấy, độ hoàn 7 Bổ sung hạn chế của đề tài. thiện trong chế tạo bộ ống nhiệt, cũng như giới hạn phạm vi khảo sát (Trang 39, 40) Hình 1.1 và 2.1 trùng nhau, Tác giả đã chỉnh sửa lại Hình 2.1 8 nên thể hiện 1 lần. (Trang 18). Một số hình và bảng tên, nội dung bị nhảy sang trang Tác giả đã điều chỉnh lại các lỗi 9 khác: Hình 2.2, Hình 3.5, format. Bảng 1.1. Ghi chú: (2): Liệt kê tóm tắt các ý kiến đóng góp của Hội đồng. (3): Ghi rõ các nội dung chỉnh sửa và ghi rõ trang đã được chỉnh sửa. (4): Giải trình các nội dung không chỉnh sửa và các ý kiến khác với ý kiến của Hội đồng (nếu có). Tp. HCM, ngày 25 tháng 10 năm 2021 Chủ nhiệm đề tài (Ký và họ tên) Nguyễn Thành Luân vii
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Độc lập - Tự do - Hạnh phúc KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Tp. HCM, Ngày 20 tháng 06 năm 2021 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 1. Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu, ứng dụng ống nhiệt trọng trường trên máy sấy điện trở - Mã số: T2020-03GVT - Chủ nhiệm: Th.S Nguyễn Thành Luân - Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM - Thời gian thực hiện: 04/2020 đến 04/2021 2. Mục tiêu: + Đánh giá hiệu suất trao đổi nhiệt (phần nhiệt hiện) của bộ ống nhiệt trọng trường môi chất R134a khi kết hợp vào máy sấy điện trở để thu hồi nhiệt thải ở điều kiện khí hậu Việt Nam. + Đánh giá hiệu quả năng lượng máy sấy điện trở khi kết hợp ống nhiệt trọng trường môi chất R134a ở điều kiện khí hậu Việt Nam. 3. Tính mới và sáng tạo: Ứng dụng ống nhiệt trọng trường môi chất R134a để thu hồi nhiệt thải máy sấy điện trở ở điều kiện khí hậu Việt Nam. 4. Kết quả nghiên cứu: Trong phạm vi khảo sát với nhiệt độ tác nhân sấy sau buồng sấy t = 40  60oC, tốc độ tác nhân sấy qua phần sôi, phần ngưng ống nhiệt v= 0,4  1,2 m/s và vật liêu sấy là rau má, kết quả nghiên cứu cho thấy: + Với nhiệt độ tác nhân sấy sau buồng sấy t=60oC thì hiệu suất trao đổi nhiệt của bộ ống nhiệt (phần nhiệt hiện ) đạt 13,1  18,2%. Ứng với trường hợp t= 50C thì hiệu suất trao đổi nhiệt đạt 8,7  12,2%. Ứng với nhiệt độ t=40C ống nhiệt gần như không làm việc. viii
+ Hiệu quả sử dụng năng lượng của máy sấy kết hợp ống nhiệt tăng 10,6714,5% ứng với t = 60C và 6,59,7% ứng với t = 50C khi so với trường hợp không có ống nhiệt. + Ở điều kiện khí hậu Việt Nam với máy sấy có nhiệt độ không khí sau khi ra khỏi buồng sấy 5060C thì có thể kết hợp bộ ống nhiệt trọng trường môi chất R134a để thu hồi nhiệt thải. 5. Sản phẩm: + 01 Bài báo khoa học: NT Luân, NM Hạ, LH Nam. “Nghiên cứu đánh giá hiệu quả năng lượng tủ sấy kết hợp ống nhiệt trọng trường môi chất R134a”. Tạp chí khoa học giáo dục kỹ thuật, số 64, 2021. +01 Cuốn báo cáo tổng kết theo định dạng quy định của trường. 6. Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng: + Với máy sấy nóng đối lưu, nếu nhiệt độ không khí sau khi ra khỏi buồng sấy lớn (t > 50C) thì có thể thực hiện thu hồi nhiệt thải bằng cách sử dụng bộ ống nhiệt trọng trường môi chất R134a để giảm tiêu hao năng lượng khi vận hành. Trưởng Đơn vị Chủ nhiệm đề tài (ký, họ và tên) (ký, họ và tên) Nguyễn Thành Luân ix
INFORMATION ON RESEARCH RESULTS 1. General information: Project title: Research, application of gravity heat pipe on a convection dryer (resistance) Code number: T2020-03GVT Coordinator: MS. Nguyen Thanh Luan Implementing institution: HCMC University of Technology and Education Duration: from April 2020 to April 2021 2. Objective(s): + Evaluation of the sensible effectiveness of gravity heat pipes R134a when combined on resistance dryers to recovering waste heat under climatic conditions in VietNam. + Evaluation of energy efficiency of the dryer when combined with the gravity heat pipes R134a unit under climatic conditions in VietNam. 3. Creativeness and innovativeness: + Application of gravity heat pipe R134a to recovering the waste heat of resistance dryers under climate conditions in Viet Nam. 4. Research results: In the scoping survey: the drying agent temperature out of cabinet dryer t = 40oC60oC, drying agent velocity through the condenser and evaporation part of the heat pipe v = 0,41,2 m/s, and Centella Asiatica is material. Results indicated that: + With the drying agent temperature after the drying chamber t=60oC, the sensible effectiveness of the heat pipe reaches 13.1  18.2%. For the case t= 50C, the sensible effectiveness of 8.7  12.2%. Corresponding to the temperature t=40C the heat pipe almost does not work. + The energy efficiency of the dryer combined with the heat pipe increases by 10.6714.5%, and 6.59.7% respectively, corresponding t=60C, and t=50C x
+ In Vietnam's climate, The Dryer has air temperature leaving the drying chamber 5060C possible to combine a unit of the gravity heat pipes to recovering waste heat. 5. Products: + 01 Article: NT Luân, NM Hạ, LH Nam. “Research the efficiency of gravity heat pipe with R134a refrigerant on cabinet dryer”. Journal of Technology Education Science, Vol 64, 2021. +01 Summary report according to regulations of Ho Chi Minh City University of Technology and Education. 6. Effects, transfer alternatives of reserach results and applicability: + With the convection dryer, if the air temperature out of the drying chamber is large (t > 50C). The set of the gravity heat pipe R134a can be used to recovering waste heat to reduce energy consumption during operating xi
MỞ ĐẦU I. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước Từ những năm của thập niên 70 thì ống nhiệt đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong đời sống và sản xuất. Đơn cử như: Kim và cộng sự (cs) [1] nghiên cứu ứng dụng ống nhiệt để làm mát CPU của máy tính. Wu và cs [2] nghiên cứu ứng dụng ống nhiệt để kiểm soát độ ẩm trong hệ thống điều hòa không khí. Naphon [3] nghiên cứu ứng dụng ống nhiệt để làm mát không khí trước khi vào dàn ngưng nhằm nâng cao hiệu suất hệ thống điều hòa không khí. Yau [4] nghiên cứu ứng dụng ống nhiệt để thu hồi nhiệt nhằm nâng cao hiệu quả năng lượng của hệ thống điều hòa không khí. Wang và cs [5] nghiên cứu ứng dụng ống nhiệt để nâng cao hiệu quả năng lượng trong máy lạnh hấp thụ. Các nghiên cứu khác liên quan đến ứng dụng ống nhiệt trong hệ thống điều hòa không khí có thể tìm thấy trong nghiên cứu của Chougule và cs [6]. Để sản xuất nước nóng từ năng lượng mặt trời có nhiều nghiên cứu ứng dụng ống nhiệt trong lĩnh vực này [7-10]. Nghiên cứu ứng dụng ống nhiệt để thu hồi nhiệt khói thải lò hơi, lò công nghiệp và động cơ nhiệt có thể tìm thấy trong nghiên cứu [11-13]. Trong lĩnh vực sấy, trên các máy sấy đối lưu, dòng tác nhân sấy sau buồng sấy có lưu lượng ổn định và nhiệt độ còn khá cao so với môi trường; do đó, nguồn nhiệt này có tiềm năng để thu hồi và tái sử dụng. Nhiều nghiên cứu liên quan đến việc sử dụng ống nhiệt để thu hồi nhiệt thải trên máy sấy như: nghiên cứu nâng cao hiệu quả tủ sấy quần áo bằng cách kết hợp bộ thu hồi nhiệt kiểu ống nhiệt của Jian và Lizhong [14]; nghiên cứu ứng dụng ống nhiệt để nâng cao hiệu quả tủ sấy đối lưu của Meyer và Dobson [15]; đánh giá hiệu quả máy sấy bơm nhiệt kết hợp ống nhiệt [16-19] Trong nước, cũng có nhiều nghiên cứu về ứng dụng bộ trao đổi nhiệt kiểu ống nhiệt. Tác giả Trần Văn Vang [20] nghiên cứu sử dụng ống nhiệt để nâng cao hiệu quả năng lượng trong hệ thống điều hòa không khí. Tác giả Hoàng An Quốc và cs [21] nghiên cứu ứng dụng ống nhiệt trọng trường trong hệ thống máy lạnh hấp thụ. Tác giả Nguyễn Thành Luân và Nguyễn Thế Bảo, nghiên cứu ứng dụng ống nhiệt để nâng cao hiệu quả máy sấy bơm nhiệt [22]. Tác giả Trần Văn Vang [23] nghiên cứu ứng dụng ống nhiệt để sản xuất nước nóng bằng năng lượng mặt trời. Qua thực tế nghiên cứu trong và ngoài nước nhận thấy có nhiều nghiên cứu và ứng dụng ống nhiệt trong thực tế. 1
Các nghiên cứu về ống nhiệt chỉ ra rằng nhiệt độ của dòng lưu chất đi qua phần sôi và phần ngưng ống nhiệt ảnh hưởng lớn đến khả năng làm việc của ống nhiệt. Chênh lệch nhiệt độ càng lớn thì khả năng làm việc và công suất của ống nhiệt tăng lên và ngược lại [24-26]. Trong nghiên cứu của Meyer và Dobson [15] phân tích khả năng thu hồi nhiệt thải của ống nhiệt đã được thực hiện với nhiệt độ môi trường (nhiệt độ không khí vào phần ngưng ống nhiệt) là 22C, nhiệt độ không khí vào phần sôi ống nhiệt 4060C. Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu quả của tủ sấy cải thiện đáng kể có thể ứng dụng vào thực tế sản xuất. Ở điều kiện khí hậu Việt Nam với nhiệt độ môi trường cao, điều này ảnh hưởng đáng kể đến khả năng làm việc của ống nhiệt khi ứng dụng để thu hồi nhiệt trên máy sấy đối lưu với nhiệt độ dòng không khí ra khỏi buồng sấy không quá lớn. Do đó, với mục tiêu đánh giá khả năng ứng dụng ống nhiệt trọng trường và máy sấy đối lưu điện trở ở điều kiện khí hậu Việt Nam. Nghiên cứu này sẽ mở rộng phạm vi khảo sát nhiệt độ không khí vào phần ngưng ống nhiệt 3033C, nhiệt độ không khí vào phần sôi ống nhiệt 4060C để xem xét đánh giá. Do đó tác giả chọn đề tài:”Nghiên cứu, ứng dụng ống nhiệt trọng trường trên máy sấy điện trở” II. Tính cấp thiết Hiện nay, nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng cao. Do đó việc sử dụng hiệu quả năng lượng là yêu cầu cấp thiết cho mọi lĩnh vực. Máy sấy điện trở với đặc điểm cấu tạo đơn giản, ứng dụng khá rộng rãi trong đời sống và sản xuất. Tuy nhiên, nhược điểm cơ bản là tiêu hao năng lượng lớn. Do đó với mục đích tìm kiếm cơ hội, giảm tiêu hao điện năng trên máy sấy điện trở nhưng vẫn đảm bảo tính đơn giản trong vận hành, bảo trì, bảo dưỡng. Nên đề tài tiếp cận, nghiên cứu việc kết hợp ống nhiệt trọng trường trên máy sấy điện trở ở điều kiện khí hậu Việt Nam nhằm đánh giá hiệu quả năng lượng. Nếu hiệu quả của nghiên cứu tốt thì có thể ứng dụng vào thực tế sản xuất. 2
III. Mục tiêu + Đánh giá hiệu suất trao đổi nhiệt (phần nhiệt hiện) của bộ ống nhiệt trọng trường môi chất R134a khi kết hợp vào máy sấy điện trở để thu hồi nhiệt thải ở điều kiện khí hậu Việt Nam. + Đánh giá hiệu quả năng lượng máy sấy điện trở khi kết hợp ống nhiệt trọng trường môi chất R134a ở điều kiện khí hậu Việt Nam. IV. Cách tiếp cận Đề tài được thực hiện qua các bước: Tìm kiếm thông tin, phân tích tài liệu có liên quan, chế tạo mô hình, thí nghiệm, xử lý số liệu, bàn luận, kết luận, kiến nghị. V. Phương pháp nghiên cứu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1. Phương pháp nghiên cứu: + Phương pháp tổng quan: Tổng quan các bài báo khoa học liên quan. + Phương pháp thực nghiệm: Thiết lập mô hình và tiến hành thí nghiệm. + Phương pháp phân tích so sánh: Xử lý số liệu, xây dựng mô hình toán học, phân tích, so sánh. 2. Đối tượng nghiên cứu + Đối tượng nghiên cứu là máy sấy điện trở kết hợp ống nhiệt trọng trường (ống đồng, chất công tác là R134a) 3. Phạm vi nghiên cứu Đề tài này được thực hiện với phạm vi nghiên cứu như sau: + Nghiên cứu được xem xét trên mô hình tủ sấy điện trở công suất 2,5 kW kết hợp ống nhiệt trọng trường loại Cu/R134a. + Vật liệu sấy: Rau má + Nhiệt độ không khí sau buồng sấy: 40÷60C + Tốc độ không khí qua bộ trao đổi nhiệt kiểu ống nhiệt: 0,41,2 m/s + Nghiên cứu này được thực hiện tại thành phố Hồ Chí Minh năm 2020-2021. + Thực nghiệm được bố trí theo ma trận trực giao 2 nhân tố. VI. Nội dung nghiên cứu. + Tính toán thiết kế và chế tạo tủ sấy điện trở kết hợp ống nhiệt trọng trường môi chất R134a. 3
+ Thực nghiệm khảo sát hiệu quả trao đổi nhiệt (phần nhiệt hiện) của bộ ống nhiệt trọng trường môi chất R134a khi kết hợp vào tủ sấy điện trở với các thí nghiệm được bố trí theo ma trận trực giao 2 nhân tố bao gồm: nhiệt độ sau buồng sấy t= 40  60C và tốc độ không khí đi qua các phần trao đổi nhiệt của ống nhiệt v=0,41,2 m/s ở điều kiện khí hậu Việt Nam (cụ thể TP.HCM) + Đánh giá hiệu quả năng lượng của tủ sấy điện trở khi kết hợp ống nhiệt trọng trường môi chất R134a. 4
CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Tổng quan về máy sấy điện trở Máy sấy điện trở là thiết bị sấy có công nghệ đơn giản trong chế tạo và vận hành nên ứng dụng khá rộng rãi trong đời sống, sản xuất. Hiện nay, các máy sấy đối lưu bằng điện trở được chế tạo với nhiều công suất khác nhau từ 1kW đến vài chục kW để phục vụ trong lĩnh vực sấy như: sấy quần áo, sấy trái cây, sấy thảo mộc, sấy thủy hải sản, sấy các loại hạt và ngũ cốc. Mặc dù đơn giản trong chế tạo và vận hành, tuy nhiên nhược điểm cơ bản của máy sấy điện trở là chi phí vận hành lớn. Do đó, đối với máy sấy điện trở việc tìm kiếm cơ hội giảm tiêu hao năng lượng là cần thiết. Sơ đồ nguyên lý của máy sấy đối lưu (điện trở) thể hiện như Hình 1.1. Hình 1.1 Nguyên lý cấu tạo máy sấy đối lưu (điện trở) và đồ thị I-d Nguyên lý làm việc: Không khí ngoài trời trạng thái (1) đi qua bộ gia nhiệt điện trở, được gia nhiệt lên đến trạng thái (2). Sau đó không khí nóng vào buồng sấy thực hiện quá trình trao đổi nhiệt, ẩm với vật liệu sấy. Sau đó không khí ra khỏi buồng sấy và đạt trạng thái (3). 1-2: Quá trình gia nhiệt tại bộ calorife điện trở 2-3: Quá trình sấy diễn ra tại buồng sấy Điểm 1: Trạng thái không khí ngoài trời Điểm 2: Trạng thái không khí sau bộ calorife Điểm 3: Trạng thái không khí sau buồng sấy 5