Nghiên cứu tổ hợp dòng phun tác động trực giao lên bề mặt

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:4

Thêm vào BST

Báo xấu

1
lượt xem 0
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích tác động của tổ hợp dòng phun tác động trực giao lên bề mặt vật liệu, nhằm hiểu rõ hơn về sự phân bố lực và hiệu quả của quá trình xử lý bề mặt. Tổ hợp dòng phun trực giao có thể bao gồm nhiều loại chất lỏng hoặc khí phun vuông góc vào bề mặt vật liệu, giúp cải thiện các đặc tính như độ bền, độ mịn, khả năng chống mài mòn, và độ bóng của bề mặt. Nghiên cứu sẽ đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố như áp suất phun, góc phun, và tốc độ dòng chảy lên hiệu quả xử lý bề mặt và các tính chất cơ học của vật liệu.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu tổ hợp dòng phun tác động trực giao lên bề mặt

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2015. ISBN : 978-604-82-1710-5 NGHIÊN CỨU TỔ HỢP DÒNG PHUN TÁC ĐỘNG TRỰC GIAO LÊN BỀ MẶT Nguyễn Văn Lập 1, Nguyễn Hữu Tuấn 2, Nguyễn Ngọc Minh 3, Nguyễn Anh Tuấn4 1 Đại học Thủy lợi, email: lapnv@tlu.edu.vn 2 Đại học Thủy lợi, email: huutuanhtlu@tlu.edu.vn 3 Đại học Thủy lợi, email: ngminh@tlu.edu.vn 4 Đại học Thủy lợi, email: tuan_na_mxd@tlu.edu.vn 1. GIỚI THIỆU CHUNG chưa có lý thuyết cụ thể nào để mô tả dòng chảy. Đặc biệt, với bài toán tổ hợp nhiều vòi Dòng phun trong nhưng năm gần đây đang phun tác động đồng thời lên cùng một bề mặt được nghiên cứu rộng rãi do nó có khả năng cấu trúc dòng bị xáo trộn rất khó để xác định ứng dụng vào nhiều qui trình xử lý nhiệt trong được cấu trúc dòng lớp biên trên tường. lĩnh vực công nghiệp, ví dụ như: Làm mát cánh Việc nghiên cứu đặc tính dòng có ý nghĩa rất tuabin, làm mát trong sản xuất thép, làm mát lớn trong kiểm soát hiệu quả trao đổi nhiệt. Hiện linh kiện điện, điện tử, CPU máy tính (trong nay, để nghiên cứu bài toán này hầu hết các các máy trạm), sấy khô giấy và ủ thủy tinh, nghiên cứu được thực hiện bằng thực nghiệm. trong quân sự dòng phun được sử dụng để làm Tuy nhiên, việc nghiên cứu thực nghiệm đòi hỏi mát bệ phóng tên lửa, sàn tàu sân bay, trong y nhiều thiết bị, máy móc điều này không khả thi tế nó dược dùng để làm mát thiết bị chụp tại điều kiện Việt Nam. Theo xu hướng nghiên X-quang. Ưu điểm nổi bật của dòng phun tia cứu hiện nay, việc nghiên cứu phần lớn thực đó là nó khả năng kiểm soát hiệu quả truyền hiện thông qua các phần mềm máy tính nhằm nhiệt bằng cách điều chỉnh các thông số thiết giảm thời gian, chi phí nghiên cứu. kế như: biên dạng bề mặt, tốc độ phun, khoảng cách từ vòi phun tới bề mặt và chất lỏng sử 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU dụng, số lượng vòi phun… Một dòng phun tia Lý thuyết cấu trúc một dòng phun đơn đã tác động vào một bề mặt có khả năng loại bỏ trình bày trong nghiên cứu [1], trong báo cáo một lượng nhiệt lớn trên diện tích bề mặt tương này nhóm tác giả tập trung vào nghiên cứu cấu đối nhỏ. Tuy nhiên, đối với những bề mặt cần trúc dòng chảy bài toán nhiều dòng phun tác trao đổi nhiệt lớn thì hiệu quả làm mát của một động lên một bề mặt thông qua việc mô phỏng vòi phun là khá thấp, chính vì vậy trong hầu bài toán bằng phần mềm Ansys Fluent. hết các thiết bị trao đổi nhiệt công nghiệp dòng phun được sử dụng dưới dạng mảng với nhiều dòng phun tác động đồng thời. Tuy có khả năng trao đổi nhiệt với hiệu quả cao tuy nhiên việc nghiên cứu và ứng dụng dòng phun vào thực tế rất phức tạp, mỗi thông số thay đổi đều hưởng trực tiếp tới hiệu quả truyền nhiệt. Dưới quan điểm lý thuyết thì dòng phun là tổ hợp của hai dòng, dòng phun tự do và dòng lớp biên. Đối với dòng phun tự do đã có lý thuyết mô tả được cấu trúc dòng, tuy nhiên dòng lớp biên trên đường chắn Hình 1. Mô hình dòng phun theo mảng 127
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2015. ISBN : 978-604-82-1710-5 Việc xây dựng mô hình, chia lưới bài toán 3D đòi hỏi máy tính có cấu hình cao và mất nhiều thời gian mô phỏng. Với mô hình dòng phun theo mảng số lượng vòi phun theo hàng và cột bằng nhau. Chính vì vậy để giảm thời gian mô phỏng nhóm tác giả sẽ chọn mô hình 2D để phỏng bài toán. Mô hình 2D được xây dựng trên mặt cắt đi qua 1 hàng hoặc 1 cột bất kỳ. Mô hình mô phỏng được thể hiện trong hình 2, các thông số được chọn như sau: Hình 3. Trường vận tốc S/D=2 Trong mỗi trường hợp H/D xung quanh vùng phun của mỗi dòng tồn tại các vùng xoáy tuần hoàn (hình 4), khu vực xoáy tuần hoàn xuất hiện cả hai biên vòi phun trung tâm và bên cạnh các vòi phun ở hai biên. Ta thấy rằng, với cùng giá trị khoảng cách giữa các vòi phun S/D các vùng xoáy này tăng khi khoảng cách H/D tăng, cụ thể là tại H/D=6 vùng xoáy mở rộng hơn so H/D=2 và Hình 2 – Mô hình 2D bài toán 4. Với trường hợp tổ hợp nhiều vòi phun sau - Số lượng lỗ trên 1 hàng (cột) = 3 khi vòi phun trung tâm tác động vào tường - Đường kính cửa vào, D = 5 mm chắn chất lỏng sẽ truyền dọc theo tường chắn - Khoảng cách phun, H/D = 2,4, 6 ra xung quanh, hoạt động này của vòi phun - Số Reynolds, Re = 11000 trung tâm tương tác với vòi phun hai biên ngăn không cho hai vòi phun biên tác động - Khoảng cách các vòi phun, S/D = 2, 6 vào bề mặt, lúc này dòng phun từ các biên sẽ - Nhiệt độ vào của nước Tv = 300K không tác động trực tiếp vào bề mặt mà sẽ bị - Nhiệt độ tường chắn Tw = 323K đổi hướng đi ra ngoài cửa ra. Tại vị trí tương - Chất lỏng sử dụng: nước. tác của vòi phun trung tâm với hai vòi phun biên dòng lớp biên của vòi trung tâm sẽ nhập 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU với dòng từ vị trí biên tạo thành dòng chảy có a) Cấu trúc dòng trên tường có tốc độ cao, khi càng đi xa điểm này thì vận tốc càng giảm. Hình 3 thể hiện trường vận tốc tại các trường hợp S/D=2 với H/D=2 và 4. Khi thoát khỏi cửa phun chất lỏng lan tỏa theo phía hướng tâm. Do khoảng cách từ cửa phun tới tấm chắn nhỏ dòng phun vừa ra khỏi cửa đã tác động lên bề mặt nên vùng lõi không xuất Hình 4. Vùng xoáy tuần hoàn quanh vòi phun hiện trong trường hợp H/D=2, khi khoảng cách H/D tăng lên vùng lõi bắt đầu hình Các đặc tính dòng tương tự trường hợp thành, điều này được thể hiện rõ trong trường S/D=2 cũng được thể hiện trong trường hợp H/D=4 và 6. hợpS/D=6 (Hình 5). Trong trường hợp này 128
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2015. ISBN : 978-604-82-1710-5 do khoảng cách giữa các cửa phun lớn nên khi 2 vòi phun biên bị tác đổi hướng do dòng vùng xoáy tuần hoàn xung quanh mỗi vòi trung tâm dòng chảy này vẫn duy trì vận tốc phun có kích thước lớn hơn so với S/D=2. cao sau đó nhập với dòng lớp biên của dòng Qua hai hình 3 và hình 5 ta thấy rằng với trung tâm chảy ra ngoài, dòng chảy có tốc độ cùng khoảng cách H/D vùng xoáy tuần hoàn cao ở khu vực này nên hiệu quả làm mát ở mở rộng kích thước khi khoảng cách S/D đây cũng cho giá trị hiệu quả cao, tuy nhiên tăng. Cũng do khoảng các giữa các cửa phun càng đi xa vị trí vòi phun thì hiệu quả truyền lớn nên tương tác của vòi phun trung tâm đối nhiệt giảm dần. với dòng chảy của hai vòi phun biên không lớn bằng trường hợp khoảng cách S/D nhỏ. 4. KẾT LUẬN Nghiên cứu đã chỉ rõ trường vận tốc tại một số khoảng cách S/D và H/D khác nhau. Ta thấy rằng, đặc tính dòng của tổ hợp dòng phun là khá phức tạp. Quanh vùng phun của mỗi vòi phun đều xuất hiện các vùng xoáy tuần hoàn, vùng xoáy này mở rộng kích thước khi khoảng cách giữa các vòi phun S/D và H/D tăng. Đặc biệt đối với trường hợp nghiên cứu trên kết quả cho ta thấy sự tác động của vòi phun trung tâm tới 2 vòi phun biên, tác động này làm biến đổi dòng chảy và gây ảnh hưởng tới hiệu quả truyền nhiệt. Hình 5. Trường vận tốc, S/D=6 Trong nghiên cứu này nhóm tác giả cũng đã đánh giá ảnh hưởng của khoảng cách vòi b) Truyền nhiệt phun tới bề mặt tại trường hợp S/D=6, hiệu Thông lượng nhiệt qw truyền qua tường chắn quả truyền nhiệt tốt nhất trong trường hợp trong trường hợp S/D=6 tại 3 khoảng cách khảo sát tại vị trí H/D=2 và giảm dần khi H/D=2, 4 và 6 được thể hiện ở hình 6. khoảng cách H/D tăng. Vị trí làm mát tốt nhất tại x/D=0, và vị trí làm mát hiệu quả thứ 2 xuất hiện tại vị trí khi dòng phun biên hòa nhập dòng lớp biên của dòng phun trung tâm. Do thời gian nghiên cứu ngắn, nhóm tác giả chưa đánh giá hết được đặc tính dòng tại những điều kiện khác, đặc biệt trong trường hợp nhiều vòi phun tác động hơn. Do đó nhóm tác giả sẽ tiếp tục nghiên cứu xây dựng mô hình bài toán cho nhiều trường hợp để có Hình 6. Thông lượng nhiệt với S/D=6 cái nhìn tổng quát về đặc tính dòng cũng như Ta thấy rằng, thông lượng nhiệt lớn nhất hiệu quả truyền nhiệt. tại vị trí của vòi phun trung tâm ở cả 3 giá trị 5. TÀI LIỆU THAM KHẢO H/D, tại vị trí H/D=2 cho hiệu quả cao nhất. Xung quanh vị trí x/D=±5 cho hiệu quả làm [1] Nguyễn Văn Lập - Nguyễn Anh Tuấn. mát kém hiệu quả nhất, vị trí này là vị trí Nghiên cứu dòng phun tác động vuông góc dòng lớp biên dọc tường của vòi trung tâm lên bề mặt ứng dụng trong hệ thống làm mát ngăn chặn ngăn chặn sự tác động của dòng chu trình kín. 12/2014, 2015. phun biên lên tường chắn, dòng từ hai biên [2] Zuckerman N, Lior N, Jet impingement heat không tác động trực tiếp vào bề mặt dẫn đến transfer: Physics,Correlations, and Numerical vị trí này có hiệu quả truyền nhiệt thấp. Sau modeling, Adv in Heat Transfer, 2006. 129
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2015. ISBN : 978-604-82-1710-5 130