intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Đề tài nghiên cứu khoa học: Tính toán lý thuyết hệ thống lạnh ghép tầng dùng môi chất CO2 và R32

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:52

Thêm vào BST
Báo xấu
19
lượt xem 7
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nghiên cứu đề tài "Tính toán lý thuyết hệ thống lạnh ghép tầng dùng môi chất CO2 và R32” với mục tiêu tìm ra các thông số điểm nút của chu trình, đồng thời chọn và thiết kế các thiết bị chính cho hệ thống.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Đề tài nghiên cứu khoa học: Tính toán lý thuyết hệ thống lạnh ghép tầng dùng môi chất CO2 và R32

  1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN TÍNH TOÁN LÝ THUYẾT HỆ THỐNG LẠNH GHÉP S K C 0 0 3 9 5 9 TẦNG DÙNG MÔI CHẤT CO2 VÀ R32 MÃ SỐ: SV2020-146 S KC 0 0 7 4 1 4 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08/2020
  2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN ĐỀ TÀI: TÍNH TOÁN LÝ THUYẾT HỆ THỐNG LẠNH GHÉP TẦNG DÙNG MÔI CHẤT CO2 VÀ R32 SV2020 – 146 Chủ nhiệm đề tài: Cao Thị Cẩm Vân - MSSV: 16147110 TP. Hồ Chí Minh, 08/2020
  3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN ĐỀ TÀI: TÍNH TOÁN LÝ THUYẾT HỆ THỐNG LẠNH GHÉP TẦNG DÙNG MÔI CHẤT CO2 VÀ R32 SV2020 – 146 Thuộc nhóm ngành khoa học: Kỹ thuật - Ứng dụng SV thực hiện: Cao Thị Cẩm Vân Nam, Nữ: Nữ Dân tộc: Kinh Lớp, khoa: 16147CL3 Năm thứ: 4 /Số năm đào tạo:4 Ngành học: Công nghệ kỹ thuật Nhiệt Người hướng dẫn: PGS.TS. Đặng Thành Trung TP Hồ Chí Minh, 08/2020
  4. Báo cáo Nghiên Cứu Khoa Học MỤC LỤC MỤC LỤC ................................................................................................................... i DANH MỤC BẢNG BIỂU ...................................................................................... iii DANH MỤC HÌNH ẢNH ......................................................................................... iv CÁC KÝ HIỆU CHỦ YẾU........................................................................................ v THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI ....................................... vii CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU ............................................................................................. 1 1.1. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ................................................... 1 1.1.1. Trong nước ............................................................................................... 1 1.1.2. Ngoài nước ............................................................................................... 1 1.2. Lý do chọn đề tài ............................................................................................. 3 1.3. Mục tiêu đề tài................................................................................................. 4 1.4. Phương pháp và phạm vi nghiên cứu ............................................................ 4 1.5. Giới hạn đề tài ................................................................................................. 4 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .......................................................................... 5 2.1. Tổng quan về CO2 ........................................................................................... 5 2.1.1. Ưu điểm .................................................................................................... 6 2.1.2. Nhược điểm: ............................................................................................. 6 2.2. Tổng quan về R32 ........................................................................................... 6 2.2.1. Ưu điểm .................................................................................................... 7 2.2.2. Nhược điểm .............................................................................................. 7 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH GHÉP TẦNG SỬ DỤNG MÔI CHẤT CO2 VÀ R32 ............................................................................. 8 3.1 Tính toán các giá trị nhiệt độ ban đầu ............................................................ 8 3.1.1 Tính toán nhiệt độ ngưng tụ ở tầng cao (dùng môi chất R32) ................ 9 3.1.2 Tính toán nhiệt độ bay hơi tầng thấp (dùng môi chất CO2) ................... 9 3.1.3 Tính toán nhiệt độ ở thiết bị trao đổi nhiệt ............................................. 9 3.2. Tính toán tầng thấp (dùng môi chất CO2) ..................................................... 9 3.2.1. Tính toán, thiết lập thông số các điểm nút.............................................. 9 3.2.2. Tính chọn máy nén ................................................................................ 11 3.2.3. Tính chọn thiết bị bay hơi .................................................................... 12 3.3. Tính toán tầng cao (dùng môi chất R32) ..................................................... 14 3.3.1 Tính toán, thiết lập thông số các điểm nút............................................. 14 3.3.2. Tính chọn thiết bị ngưng tụ ................................................................... 16 GVHD: PGS.TS. Đặng Thành Trung
  5. Báo cáo Nghiên Cứu Khoa Học 3.4. Tính toán thiết bị trao đổi nhiệt ngưng tụ - bay hơi kiểu ống lồng ống...... 18 3.4.1. Hệ số tỏa nhiệt của môi chất R744 (CO2) ............................................. 19 3.4.2. Hệ số tỏa nhiệt của môi chất R32 .......................................................... 22 3.4.3. Diện tích bộ trao đổi nhiệt kiểu ống lồng ống ....................................... 23 3.5. Tính cách nhiệt, cách ẩm cho hệ thống ........................................................ 23 3.5.1. Tính cách nhiệt cho tường bao buồng lạnh .......................................... 24 3.5.2. Tính cách nhiệt, cách ẩm ở thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống lồng ống .. 25 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ............................................................ 27 4.1. Phương pháp thực nghiệm ........................................................................... 27 4.2. Chuẩn bị vật dụng ........................................................................................ 27 4.3 Hình ảnh thực nghiệm ................................................................................... 27 4.4. Điểm nút thực nghiệm hệ thống lạnh ghép tầng dùng môi chất CO2 và R32 ....................................................................................................................... 27 4.5. Kết quả so sánh lý thuyết và thực nghiệm hệ thống lạnh ghép tầng dùng môi chất CO2 và R32 ........................................................................................... 31 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN ....................................................................................... 34 5.1 Kết luận .......................................................................................................... 34 5.2. Kiến nghị ....................................................................................................... 34 PHỤ LỤC ................................................................................................................. 35 Phụ lục 1. Hình ảnh dụng cụ sử dụng cho việc ghi chép số liệu thực nghiệm ... 35 Phụ lục 2. Hình ảnh thực nghiệm ...................................................................... 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 40 GVHD: PGS.TS. Đặng Thành Trung
  6. Báo cáo Nghiên Cứu Khoa Học DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Các thông số trạng thái lý thuyết của chu trình lạnh CO2 ............................ 10 Bảng 3.2 Hệ số dẫn nhiệt của CO2 và không khí [11] ............................................... 13 Bảng 3.3 Thông số dàn lạnh Micro ............................................................................ 13 Bảng 3.4 Các thông số trạng thái lý thuyết của chu trình lạnh R32 ............................ 15 Bảng 3.5 Hệ số dẫn nhiệt của R32 và không khí [11] ................................................ 17 Bảng 3.6 Thông số dàn ngưng ống đồng cánh nhôm.................................................. 17 Bảng 3.7 Kết cấu và các số liệu của lớp cách nhiệt .................................................... 24 Bảng 4.1 Thông số trạng thái thực nghiệm của chu trình lạnh CO2 ............................ 27 Bảng 4.2 Thông số trạng thái thực nghiệm của chu trình lạnh R32 ............................ 28 Bảng 4.3 Bảng so sánh các thông số vận hành lý thuyết và thực nghiệm của hệ thống lạnh ghép tầng dùng môi chất CO2 và R32 ................................................................. 32 Bảng 4.4 Bảng so sánh các thông số nhiệt động lý thuyết và thực nghiệm của hệ thống lạnh ghép tầng dùng môi chất CO2 và R32 ................................................................. 32 Bảng 4.5 Bảng so sánh COP hệ thống ....................................................................... 32 GVHD: PGS.TS. Đặng Thành Trung
  7. Báo cáo Nghiên Cứu Khoa Học DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1 Đồ thị p-h của môi chất R744 [7].................................................................. 6 Hình 2.2 Đồ thị p-h của môi chất R32 [7].................................................................... 7 Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý và đồ thị p-h của hệ thống lạnh ghép tầng dùng ................. 8 Hình 3.2 Đồ thị p-h chu trình lạnh CO2 lý thuyết [7] ................................................ 10 Hình 3.3 Máy nén SRCACA của hãng SANDEN...................................................... 11 Hình 3.4 Sơ đồ lưu động của dòng môi chất CO2 và không khí ................................. 13 Hình 3.5 Dàn lạnh kênh micro dùng môi chất CO2. ................................................... 14 Hình 3.6 Đồ thị p-h chu trình lạnh R32 lý thuyết [7] ................................................. 15 Hình 3.7 Sơ đồ lưu động của dòng môi chất R32 và không khí ................................. 17 Hình 3.8 Cụm dàn nóng dùng môi chất R32 của hãng Dakin..................................... 18 Hình 3.9 Sơ đồ lưu động của dòng môi chất CO2 và R32 .......................................... 19 Hình 3.10 Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống lồng ống .................................................. 23 Hình 4.1 Đồ thị p-h chu trình lạnh CO2 thực nghiệm [7] ........................................... 28 Hình 4.2 Đồ thị p-h chu trình R32 thực nghiệm [7] ................................................... 29 Hình 4.3 Đồ thị p-h của chu trình lý thuyết (trái) và chu trình thực nghiệm (phải) tầng thấp dùng môi chất CO2 ............................................................................................. 31 Hình 4.4 Đồ thị p-h của chu trình lý thuyết (trái) và chu trình thực nghiệm (phải) tầng cao dùng môi chất R32 .............................................................................................. 31 GVHD: PGS.TS. Đặng Thành Trung
  8. Báo cáo Nghiên Cứu Khoa Học CÁC KÝ HIỆU CHỦ YẾU Ký hiệu Latin 11 : Điểm nút ở trạng thái hơi bão hòa khô của tầng cao (dùng môi chất R32) 1′1 : Điểm nút ở trạng thái hơi quá nhiệt của tầng cao (dùng môi chất R32) 21 : Điểm nút ở trạng thái hơi quá nhiệt của tầng cao (dùng môi chất R32) 31 : Điểm nút ở trạng thái lỏng sôi của tầng cao (dùng môi chất R32) 41 : Điểm nút ở trạng thái hơi bão hòa ẩm của tầng cao (dùng môi chất R32) 12 : Điểm nút ở trạng thái hơi bão hòa khô của tầng thấp (dùng môi chất CO2) 1′2 : Điểm nút ở trạng thái hơi quá nhiệt của tầng thấp (dùng môi chất CO2) 22 : Điểm nút ở trạng thái hơi quá nhiệt của tầng thấp (dùng môi chất CO2) 32 : Điểm nút ở trạng thái lỏng sôi của tầng thấp (dùng môi chất CO2) 42 : Điểm nút ở trạng thái hơi bão hòa ẩm của tầng thấp (dùng môi chất CO2) Cp: Nhiệt dung riêng đẳng áp C: Chu vi D, d: Đường kính ống dxoắn: Đường kính vòng xoắn thiết bị ống lồng ống F: Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt f: Diện tích tiết diện ngang G: Lưu lượng khối lượng g: Gia tốc trọng trường h: Enthalpy k: Hệ số truyền nhiệt L: Công nén l: Chiều dài Ne: Công suất điện p: Áp suất q: Mật độ dòng nhiệt Qk: Công suất tỏa nhiệt Qo: Năng suất lạnh r: Nhiệt ẩn hóa hơi s: Entropy T: Nhiệt độ GVHD: PGS.TS. Đặng Thành Trung
  9. Báo cáo Nghiên Cứu Khoa Học 𝑡 𝑚𝑡 : Nhiệt độ môi trường 𝑡 𝑊1 : Nhiệt độ không khí trước khi vào thiết bị giải nhiệt 𝑡 𝑊2 : Nhiệt độ không khí ra khỏi thiết bị giải nhiệt 𝑡 𝑘1 : Nhiệt độ ngưng tụ tầng cao (dùng môi chất R32) 𝑡01 : Nhiệt độ bay hơi tầng cao (dùng môi chất R32) 𝑡 𝑘2 : Nhiệt độ ngưng tụ tầng thấp (dùng môi chất CO2) 𝑡02 : Nhiệt độ bay hơi tầng thấp (dùng môi chất CO2) ∆𝑡 𝑡𝑏 : Nhiệt độ trung bình logarit v: Thể tích riêng GWP: Chỉ số làm trái đất nóng lên của môi chất. COP: Hệ số hiệu quả năng lượng. ODP: Hệ số tiềm năng suy giảm tầng Ozon Ký hiệu Hi Lạp α: Cường độ tỏa nhiệt đối lưu 𝛼 𝑞𝑛 : Hệ số tỏa nhiệt khi quá nhiệt 𝛼 𝑏ℎ : Hệ số tỏa nhiệt khi ngưng 𝛼 𝑠𝑚 : Hệ số tỏa nhiệt khi sôi màng 𝜈: độ nhớt động học của không khí δ: Độ dày cánh 𝜀 𝑅 : Hệ số ảnh hưởng của ống cong η: Hiệu suất tổng ρ: Khối lượng riêng μ: Độ nhớt động lực học ω: tốc độ dòng λ: Hệ số dẫn nhiệt φ: Độ ẩm Л: Tỉ số nén GVHD: PGS.TS. Đặng Thành Trung
  10. Báo cáo Nghiên Cứu Khoa Học BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 1. Thông tin chung: - Tên đề tài: Tính toán lý thuyết hệ thống lạnh ghép tầng dùng môi chất CO2 và R32. - Chủ nhiệm đề tài: Cao Thị Cẩm Vân Mã số SV: 16147110 - Lớp: 16147CL3 Khoa: Đào Tạo Chất Lượng Cao - Thành viên đề tài: STT Họ và tên MSSV Lớp Khoa 1 Lê Minh Đăng 16147017 16147CL3 CLC 2 Phạm Nguyễn Phương Nam 16147060 16147CL3 CLC - Người hướng dẫn: PGS.TS. Đặng Thành Trung 2. Mục tiêu đề tài: Sau khi tổng hợp các công trình nghiên cứu liên quan, từ đó tạo ra động lực nghiên cứu của đề tài “Tính toán lý thuyết hệ thống lạnh ghép tầng dùng môi chất CO2 và R32” với mục tiêu tìm ra các thông số điểm nút của chu trình, đồng thời chọn và thiết kế các thiết bị chính cho hệ thống. 3. Tính mới và sáng tạo: Đưa ra các thông số nhiệt động lý thuyết cũng như thực nghiệm của chu trình lạnh ghép tầng dùng môi chất CO2 và R32 một cách cụ thể. 4. Kết quả nghiên cứu: Các thông số lý thuyết về hệ thống lạnh ghép tầng dùng môi chất CO2 và R32. Xử lý số liệu thực nghiệm và so sánh với các thông số lý thuyết. 5. Đóng góp về mặt giáo dục và đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng và khả năng áp dụng của đề tài: Hiện nay, tình trạng ô nhiễm môi trường càng ngày càng tăng cao. Vì vậy các quốc gia kêu gọi tìm ra các giải pháp để hạn chế ô nhiễm. Cho nên việc sử dụng môi chất CO2 là việc cần thiết, vì nó thân thiện với môi trường, tiết kiệm năng lượng và có thể là một môi chất lạnh tiềm năng trong tương lai. GVHD: PGS.TS. Đặng Thành Trung
  11. Báo cáo Nghiên Cứu Khoa Học Ngày 10 tháng 07 năm 2020 SV chịu trách nhiệm chính thực hiện đề tài (kí, họ và tên) Nhận xét của giáo viên hướng dẫn về những đóng góp khoa học của SV thực hiện đề tài: ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………….... Ngày 10 tháng 07 năm 2020 Người hướng dẫn (kí, họ và tên) GVHD: PGS.TS. Đặng Thành Trung
  12. Báo cáo Nghiên Cứu Khoa Học CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 1.1.1. Trong nước - ThS. Nguyễn Trọng Hiếu [1] trong nghiên cứu này, môi chất CO2 được sử dụng trong thiết bị bay hơi kênh micro và đặc tính truyền nhiệt của thiết bị bay hơi này được xác định bằng phương pháp mô phỏng số. Một số kết quả về trường nhiệt độ, trường vận tốc và áp suất đã được thể hiện. Nhiệt độ đầu ra của CO2 trong trường hợp 1,6 g/s cao hơn giá trị thu được trong trường hợp 3,2 g/s. Bên cạnh đó, tổn thất áp suất qua thiết bị bay hơi kênh micro là không đáng kể, từ 38,164 bar xuống 38 bar. Thêm vào đó, các kết quả này đồng thuận với các nghiên cứu liên quan. - PGS.TS Đặng Thành Trung [2] và các đồng nghiệp đã tiến hành thực nghiệm về quá trình quá lạnh của hệ thống điều hòa không khí CO2 với thiết bị bay hơi kênh mini. Kết quả cho thấy hiệu suất của hệ thống khi có quá trình quá lạnh sẽ cao hơn so với hệ thống không có quá trình quá lạnh. Với quá trình quá lạnh, COP của hệ thống thu được là 4,97 khi hệ thống ở áp suất 77 bar và nhiệt độ bay hơi là 15ºC. Còn khi không có quá trình quá lạnh, thì COP cho trường hợp này chỉ thu được là gần 1,59 (thấp hơn cả hệ thống điều hòa không khí thông thường). Người ta đề xuất rằng hệ thống điều hòa không khí CO2 nên được vận hành với áp suất dao động từ 74-77 bar và nhiệt độ bay hơi dao động từ 10-15ºC ở chế độ siêu tới hạn, điều này sẽ cho hiệu quả và độ an toàn cao hơn. 1.1.2. Ngoài nước - Yu và cộng sự [3] đã đánh giá cải tiến hiệu suất của hệ thống điều hòa không khí ô tô sử dụng hỗn hợp CO2-propane làm chất làm lạnh. Mục đích chính của công việc này là nâng cao hiệu suất năng lượng của hệ thống điều hòa không khí ô tô CO2. Phân tích lý thuyết đã chứng minh rằng hỗn hợp CO2 và propane có thể cải thiện hiệu suất của nó, do đó, các thí nghiệm đã được thực hiện để xem các hiệu ứng của các phần khối lượng CO2-propane khác nhau của 100/0, 90/10, 80/20, 70/30, 60/40, 50/50 về hiệu suất của hệ thống ở các nhiệt độ môi trường xung quanh khác nhau và vận tốc gió phía trước của bộ làm mát khí. Kết quả thực nghiệm cho thấy xu hướng tương tự với những xu hướng từ kết quả lý thuyết. Nó đã được chứng minh rằng dưới cùng tốc độ máy nén, hệ thống COP đạt cao nhất ở 60% khối lượng CO2, cao hơn 29,4% so với hệ thống CO2 nguyên chất và thậm chí đạt được mức độ tương đương của hệ thống R134a, áp suất tối GVHD: PGS.TS. Đặng Thành Trung 1
  13. Báo cáo Nghiên Cứu Khoa Học ưu và nhiệt độ xả giảm lên đến tối đa 40% và 47°C trong phạm vi nghiên cứu. Hơn nữa, so sánh được thực hiện dưới cùng khả năng làm mát bằng cách điều chỉnh tốc độ máy nén đối với phần khối lượng CO2 khác nhau, kết quả chứng minh rằng việc sử dụng hỗn hợp CO2-propane mang lại mức tăng COP tối đa 22% ngay cả khi công suất làm mát không đổi. Một thuật toán điều khiển áp suất cao tối ưu mới cho chu kỳ hỗn hợp CO2- propane siêu tới hạn đã được phát triển dựa trên dữ liệu thực nghiệm trong khoảng lệch 5%. - Ahammed và cộng sự [4] cho rằng một hệ thống lạnh CO2 siêu tới hạn thích hợp cho việc thanh trùng đồng thời và làm lạnh sữa trong một nhà máy sữa đã được phân tích. So sánh hiệu suất được thực hiện giữa các hệ thống CO2 với ejector (RCEP) và một hệ thống CO2 thông thường không có ejector (CRCP). Kết quả thu được cho các sắp xếp khác nhau của bộ trao đổi nhiệt bên trong (IHX) trong dòng chảy với một bộ trao đổi nhiệt sữa tái sinh (HXD) để thu hồi nhiệt. Từ kết quả, điều kiện hoạt động tối ưu cho tốc độ dòng chảy sữa tối đa cụ thể thu được. Kết quả cho thấy RCEP1, sử dụng một bộ phun và bộ trao đổi nhiệt bên trong giữa hai bộ làm mát khí, cung cấp năng suất tốt hơn khoảng 13% so với CRCP. Điều tra về tiêu thụ năng lượng sơ cấp của hệ thống CO2 và các hệ thống chuyển tiếp được sử dụng trong nhà máy sữa thông thường để thanh trùng cho thấy một lợi nhuận đáng kể trong tiết kiệm năng lượng cho RCEP. - Wang cùng cộng sự [5] đã có báo cáo về sự kết hợp giữa ống mao dẫn và nguồn làm lạnh trên một máy nước nóng bơm nhiệt nguồn CO2 nhỏ. Trong bài này, một mô hình nhiệt động lực học dựa trên một máy nước nóng bơm nhiệt nguồn CO2 nhỏ được đề xuất và thảo luận. Tính hữu ích của mô hình nằm trong khả năng chọn điểm vận hành tốt nhất cho hệ thống. Hơn nữa, sự kết hợp tối ưu của hình học ống mao dẫn và nguồn làm lạnh có thể được dự đoán bởi mô hình được đề xuất. Về vấn đề này, các thử nghiệm thực nghiệm có liên quan đã được tiến hành để xác nhận các kết quả mô phỏng. Dữ liệu thử nghiệm cho thấy mô hình có độ chính xác tương đối tốt dựa trên đơn vị được thử nghiệm. So sánh với các kết quả mô phỏng, chiều dài của ống mao dẫn đã được rút ngắn khoảng 8,77% và lượng chất làm lạnh tối ưu tăng khoảng 5% theo các điều kiện cụ thể. Ngoài ra, nghiên cứu thực nghiệm cho thấy giảm 3,7% (260g) chất làm lạnh có thể dẫn đến hệ số giảm nhiệt (COPheat) khoảng 3,1% và 103,7% (280g) có thể giảm COPheat khoảng 0,346%. Phương pháp công thức thực nghiệm và phương pháp vận hành được GVHD: PGS.TS. Đặng Thành Trung 2
  14. Báo cáo Nghiên Cứu Khoa Học đánh giá có thể được sử dụng để tính toán lượng chất làm lạnh tối ưu trên hệ thống máy nước nóng bơm nhiệt nguồn CO2 nhỏ với sai số nhỏ hơn 5,55%. - Một phân tích nhiệt động lực học của Getu và Bansal [6] đối với hệ thống làm lạnh ghép tầng dùng cacbon dioxit, ammonia (R744, R717) được trình bày trong bài viết này để tối ưu hóa các thông số thiết kế và vận hành của hệ thống. Các thông số thiết kế và vận hành được xem xét trong nghiên cứu này bao gồm (1) nhiệt độ ngưng tụ, nhiệt độ quá lạnh, nhiệt độ bay hơi và nhiệt độ quá nhiệt trong tầng nhiệt độ cao amoniac (R717), (2) chênh lệch nhiệt độ trong bộ trao đổi nhiệt ghép tầng và (3) nhiệt độ bay hơi, quá nhiệt , ngưng tụ và quá lạnh trong tầng nhiệt độ thấp cacbon dioxit (R744). Một phân tích hồi quy đa tuyến đã được sử dụng về mặt nhiệt độ quá lạnh, quá nhiệt, bay hơi, ngưng tụ và chênh lệch nhiệt độ trong bộ trao đổi nhiệt để phát triển các biểu thức toán học cho COP đạt tối đa, nhiệt độ bay hơi tối ưu của R717 và tỷ lệ lưu lượng khối lượng tối ưu của R717 so với R717 R744 trong hệ thống khác. 1.2. Lý do chọn đề tài Ngành công nghiệp lạnh phát triển mạnh mẽ trong thời gian gần đây đã cho ra đời nhiều thiết bị mới với năng suất làm lạnh cao, thân thiện với môi trường. Ngày nay, vấn đề môi trường ngày càng được coi trọng. Sự ra đời của các loại môi chất lạnh thân thiện với môi trường cùng với các hệ thống ngày càng nhiều kéo theo một khối lượng lớn các hệ thống đang sử dụng môi chất lạnh truyền thống sẽ có nguy cơ bị loại bỏ. Các môi chất lạnh truyền thống như HCFC, HFC, CFC vốn được biết đến là những chất gây phá hủy tầng ozone và là một trong những nguyên nhân hàng đầu gây ra biến đổi khí hậu toàn cầu. Việc sử dụng CO2 làm môi chất lạnh đang được nghiên cứu ngày càng nhân rộng. Lí do chuyển từ HFCs sang CO2 là rất nhiều. Trước hết trong số đó là các vấn đề về môi trường tuân theo các nghị định quốc tế (Nghị định thư Montreal và Kyoto) và gần đây là các ban hành pháp lí của chính phủ Mỹ (Clean Air Act…), các nước khác (Luật của hội đồng F-gas Châu Âu) để hạn chế sử dụng HCFCs và HFCs. Các luật này gây tác động lên các nhà kinh doanh đang sử dụng HFC và cho họ thêm về ràng buộc kinh tế để chuyển hướng sử dụng, không chỉ là hình phạt cho việc làm tăng khí thải và mà là một lịch trình loại bỏ dần sự sản xuất chúng. Trong suốt cả thập kỉ qua sự cần thiết giảm thiểu sử dụng môi chất lạnh HFC của các hệ thống siêu thị đang tăng lên rõ ràng. Trong những năm cuối đó, thế hệ tiếp theo của các hệ thống năng lượng tự nhiên thứ hai (Second Nature systems) đang thâm nhập thị trường và mấu chốt nằm ở chỗ sử dụng GVHD: PGS.TS. Đặng Thành Trung 3
  15. Báo cáo Nghiên Cứu Khoa Học CO2. Từ các tổng quan trên, việc nghiên cứu tính toán lý thuyết hệ thống lạnh ghép tầng dùng môi chất CO2 và R32 là rất cần thiết. 1.3. Mục tiêu đề tài Sau khi tổng hợp các công trình nghiên cứu liên quan, từ đó tạo ra động lực nghiên cứu của đề tài “Tính toán lý thuyết hệ thống lạnh ghép tầng dùng môi chất CO2 và R32” với mục tiêu tìm ra các thông số điểm nút của chu trình, đồng thời chọn và thiết kế các thiết bị chính cho hệ thống. 1.4. Phương pháp và phạm vi nghiên cứu - Phương pháp tổng quan: Tổng hợp các công trình nghiên cứu có liên quan, từ đó đưa ra động lực nghiên cứu, mục tiêu nghiên cứu, xác định được đối tượng, phạm vi nghiên cứu. - Phương pháp thiết kế: lựa chọn thiết bị phù hợp dựa trên các thông số tính toán. - Phương pháp thực nghiệm: vận hành hệ thống lấy dữ liệu để so sánh. - Phương pháp phân tích dữ liệu: từ các số liệu thu được, tiến hành phân tích các quá trình nhiệt động để đưa ra các kết luận. 1.5. Giới hạn đề tài Đối tượng tính toán, thiết kế: Hệ thống lạnh ghép tầng với tầng cao dùng môi chất lạnh R32 và tầng thấp sử dụng môi chất R744 (CO2) với năng suất lạnh khoảng 1kW, nhiệt độ phòng lạnh yêu cầu là -26℃ và lắp đặt tại TP.Hồ Chí Minh. GVHD: PGS.TS. Đặng Thành Trung 4
  16. Báo cáo Nghiên Cứu Khoa Học CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. Tổng quan về CO2 Carbon dioxide (CO2) hay còn gọi là môi chất lạnh R744 là chất khí không màu, không mùi, không gây cháy và gần như không có độc. Tuy nhiên CO2 nặng hơn không khí và có khả năng gây nghẹt thở nếu toàn bộ không khí bị chiếm bởi khí CO2. Khí CO2 hòa tan với nước sẽ tạo ra acid carbonic, khi được làm lạnh ở thể rắn sẽ hình thành đá khô. CO2 là chất khí luôn ở trong điều kiện chuẩn nhưng có thể chuyển sang pha lỏng hoặc rắn ở nhiệt độ thấp hay áp suất cao. CO2 còn là chất khí thân thiện với môi trường vì không góp vào hiện tượng nóng lên toàn cầu (GWP = 1) và không gây phá hủy tầng ozone. Tuy nhiên, áp suất hoạt động cực cao của R744 và các mối nguy hiểm liên quan đến nồng độ CO2 có khả năng cao trong cabin xe hoặc môi trường làm việc có nghĩa là chất làm lạnh này phải được sử dụng cẩn thận. CO2 dù ở trạng thái rắn hoặc lỏng đều là các môi chất lạnh quan trọng, đặc biệt là trong lĩnh vực công nghiệp thực phẩm. CO2 lỏng (R744 hay R-744) được tái sử dụng sau khi con người nhận ra mức độ gây biến đổi khí hậu của môi chất R134a. Các tính chất vật lý của R744 thích hợp cho các ứng dụng về giải nhiệt, làm lạnh và các ứng dụng liên quan đến gia nhiệt hay yêu cầu công suất làm mát thể tích cao. Để đạt đủ nhu cầu sử dụng, người ta thường phải nén CO2 lên áp suất đến 130bar , do vậy vật liệu thiết kế cho hệ thống vận hành bằng R744 (được sản xuất loạt trong công nghiệp) phải có độ bền rất cao để chịu áp lực. Hệ thống R744 hoạt động ở áp suất cực cao và năng động. Ngay cả khi tắt hệ thống, áp suất tĩnh của R744 vẫn rất cao. R744 có thể thay thế oxy nếu được giải phóng với số lượng quá mức, và do đó phải thực hiện các biện pháp phòng ngừa để ngăn chặn sự giải phóng và hít phải lượng lớn R744. Đồ thị p-h của môi chất R744 thể hiện ở Hình 2.1: GVHD: PGS.TS. Đặng Thành Trung 5
  17. Báo cáo Nghiên Cứu Khoa Học Hình 2.1 Đồ thị p-h của môi chất R744 [7] 2.1.1. Ưu điểm - Công suất làm lạnh cao. - Giá thành sản xuất thấp và dễ dàng tìm kiếm. - Có khả năng tương thích và kết hợp tốt với các loại dầu bôi trơn. - HCFC dần được thay thế bởi môi chất lạnh CO2 một cách nhanh chóng. 2.1.2. Nhược điểm: - Hệ thống có nguy cơ rò rỉ cao. Do đó thiết kế của các hệ thống CO2 có cấu tạo phức tạp dẫn đến giá thành cao. - Các thiết bị trong hệ thống cần được kiểm định an toàn thường xuyên do chúng phải làm việc ở áp lực cao. 2.2. Tổng quan về R32 Môi chất R32 hay còn gọi là HFC32 (Difluoromethane) là một hợp chất hữu cơ có công thức hóa học CH2F2. R32 loại môi chất đạt được tiêu chuẩn khí thải GWP (550). Môi chất R32 được phát minh nhằm thay thế các dòng môi chất cũ như môi chất R22, môi chất R410. Môi chất lạnh R32 là môi chất lạnh thế hệ mới không chứa chất gây suy giảm tầng ozone và tác động làm nóng trái đất thấp. Áp suất môi chất R32 này dao động từ 120 Psi nhưng tùy thuộc và nhiệt độ môi trường , áp suất tĩnh từ 240 tới 245 Psi. Đồ thị p-h của môi chất R32 thể hiện ở Hình 2.2: GVHD: PGS.TS. Đặng Thành Trung 6
  18. Báo cáo Nghiên Cứu Khoa Học Hình 2.2 Đồ thị p-h của môi chất R32 [7] 2.2.1. Ưu điểm - Môi chất R32 có thành phần đơn chất đạt tiêu chuẩn khí thải GWP (550) thấp hơn so với môi chất R410A (1980) giảm lượng khí thải 75% đáp ứng yêu cầu bảo vệ môi trường, giảm thiểu hiệu ứng phá hủy tầng Ozon, giảm hiệu ứng nhà kính. - Hiệu suất lạnh lớn hơn hẳn (hơn 1,6 lần R410A, hơn 6,1 lần R22) nên sử dụng môi chất R32 sẽ tiết kiệm năng lượng hơn , tiết kiệm khối lượng môi chất nạp thêm hơn. - Làm lạnh nhanh, sâu hơn hẳn R22, R410. - Máy lạnh sử dụng môi chất R32 có chỉ số COP (coefficient of peformance) lên tới 6,1 lần, góp phần tiết kiệm năng lượng. 2.2.2. Nhược điểm - Khó lắp đặt, bảo trì hơn cần thợ có chuyên môn và tay nghề. - Giá thành cao. - Môi chất R32 được kiểm định là loại môi chất lạnh dễ cháy. GVHD: PGS.TS. Đặng Thành Trung 7
  19. Báo cáo Nghiên Cứu Khoa Học CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH GHÉP TẦNG SỬ DỤNG MÔI CHẤT CO2 VÀ R32 3.1 Tính toán các giá trị nhiệt độ ban đầu Nguyên lý hoạt động của chu trình được thể hiện ở hình 3.1: ở đây hệ thống là hệ thống lạnh ghép tầng gồm 2 chu trình lạnh khác nhau sử dụng 2 loại môi chất khác nhau. Đầu tiên, ta sẽ xét chu trình lạnh tầng thấp sử dụng môi chất CO2, CO2 ở trạng thái hơi quá nhiệt đi vào máy nén thực hiện quá trình nén đoạn nhiệt, CO2 được nén lên áp suất cao và nhiệt độ cao sẽ đi vào thiết bị trao đổi nhiệt ghép tầng để nhả nhiệt đẳng áp. Sau đó, môi chất ở trạng thái lỏng bảo hòa đi vào van tiết lưu thực hiên quá trình tiết lưu đẳng enthalpy, lúc này môi chất có áp suất thấp và nhiệt độ thấp đi vào thiết bị bay hơi, ở đây môi chất sẽ nhận nhiệt đẳng áp từ môi trường để bốc hơi và quay trở về máy nén để tiếp tục chu trình. Tiếp theo, ta xét chu trình lạnh ở tầng cao sử dụng môi chất R32, ở chu trình lạnh này cũng tương tự như chu trình lạnh tầng cao sử dụng môi chất CO2, nhưng nhiệm vụ của chu trình lạnh này là đi giải nhiệt cho môi chất CO2 ở trạng thái áp suất cao, nhiệt độ cao. Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý và đồ thị p-h của hệ thống lạnh ghép tầng dùng môi chất R32 và CO2 Hình 3.1 thể hiện sơ đồ máy lạnh ghép tầng. Chu trình tầng cao ký hiệu là 11, 21, 31, 41 và chu trình tầng thấp ký hiệu là 12, 22, 32, 42. Thiết bị bay hơi của tầng cao đồng thời là thiết bị ngưng tụ của tầng thấp được gọi là thiết bị trao đổi nhiệt trong hệ thống ghép tầng. Với tầng cao dùng môi chất là R32, tầng thấp dùng môi chất là CO2 (R744), năng suất lạnh yêu cầu: 𝑄0/𝐶𝑂2 = 1 𝑘𝑊 và nhiệt độ phòng yêu cầu: tp = -26 °𝐶. GVHD: PGS.TS. Đặng Thành Trung 8
  20. Báo cáo Nghiên Cứu Khoa Học 3.1.1 Tính toán nhiệt độ ngưng tụ ở tầng cao (dùng môi chất R32) Hệ thống dùng thiết bị ngưng tụ giải nhiệt bằng không khí. Chọn nhiệt độ môi trường ở thành phố Hồ Chí Minh: 𝑡 𝑚𝑡 = 31 °𝐶 ( có mái che). Chọn nhiệt độ không khí trước khi vào thiết bị giải nhiệt bằng nhiệt độ môi trường nên: 𝑡 𝑊1 = 𝑡 𝑚𝑡 = 31°𝐶. Nhiệt độ không khí ra khỏi thiết bị ngưng tụ: 𝑡 𝑊2 = 𝑡 𝑊1 + (3 ÷ 5) [8] = 31 + 5 = 36°𝐶 Nhiệt độ ngưng tụ: 𝑡 𝑘1 = 𝑡 𝑊2 + ∆𝑡 𝑘 𝑉ớ𝑖 ∆𝑡 𝑘 = (5 ÷ 15)°𝐶 là hiệu nhiệt độ giữa môi chất lạnh và không khí [8]. Vậy 𝑡 𝑘1 = 36 + 5 = 41 °𝐶. 3.1.2 Tính toán nhiệt độ bay hơi tầng thấp (dùng môi chất CO2) 𝑡02 = 𝑡 𝑏 − ∆𝑡0 [8] Với 𝑡02 : nhiệt độ bay hơi tầng thấp. 𝑡 𝑏 : nhiệt độ buồng lạnh yêu cầu. ∆𝑡0 : là hiệu nhiệt độ yêu cầu ∆𝑡0 = 8 ÷ 13°𝐶 [8]. Vậy 𝑡02 = −26 − 10 = −36 °𝐶. 3.1.3 Tính toán nhiệt độ ở thiết bị trao đổi nhiệt 𝑡 𝑘1 − 𝑡01 = 𝑡 𝑘2 − 𝑡02 [9]  41 - 𝑡01 = 𝑡 𝑘2 - (-36)  𝑡 𝑘2 + 𝑡01 = 5 (1) Vì hệ thống dùng thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống lồng ống nên: ∆𝑡 = 𝑡 𝑘2 − 𝑡01 = 5 (2) Với ∆𝑡 là độ chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ ngưng tụ của môi chất tầng thấp và nhiệt độ bay hơi của môi chất ở tầng cao trong thiết bị trao đổi nhiệt. 𝑡 𝑘2 = 5°𝐶 Từ (1) và (2)  { 𝑡01 = 0 °𝐶 3.2. Tính toán tầng thấp (dùng môi chất CO2) 3.2.1. Tính toán, thiết lập thông số các điểm nút Tra bảng hơi bão hòa CO2 [7] ta được: 𝑡 𝑘2 = 7°𝐶 => 𝑝 𝑘2 = 39,7 𝑏𝑎𝑟 𝑡02 = −36℃ => 𝑝02 = 11,6 𝑏𝑎𝑟 GVHD: PGS.TS. Đặng Thành Trung 9
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí
65 tài liệu
2431 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
6=>0