Tóm tắt luận án Tiến sĩ Kỹ thuật nhiệt: Nghiên cứu quá trình truyền nhiệt - truyền chất trong bình hấp thụ của máy lạnh hấp thụ NH3-H2O loại liên tục phù hợp với điều kiện Việt Nam

Chia sẻ: Thep Thep | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:44

Thêm vào BST

Báo xấu

41
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của luận án nghiên cứu quá trình truyền nhiệt - truyền chất trong bình hấp thụ của máy lạnh hấp thụ NH3-H2O loại liên tục phù hợp với điều kiện Việt Nam. Mời các bạn cùng tham khảo luận án để nắm chi tiết nội dung nghiên cứu.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt luận án Tiến sĩ Kỹ thuật nhiệt: Nghiên cứu quá trình truyền nhiệt - truyền chất trong bình hấp thụ của máy lạnh hấp thụ NH3-H2O loại liên tục phù hợp với điều kiện Việt Nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN HIẾU NGHĨA NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TRUYỀN NHIỆT-TRUYỀN CHẤT TRONG BÌNH HẤP THỤ CỦA MÁY LẠNH HẤP THỤ NH3-H2O LOẠI LIÊN TỤC PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM Chuyên ngành: Kỹ thuật nhiệt Mã số chuyên ngành: 62520115 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH NĂM 2017
Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM Người hướng dẫn khoa học 1: GS.TS. LÊ CHÍ HIỆP Người hướng dẫn khoa học 2: PGS.TS. HOÀNG AN QUỐC Phản biện độc lập 1: Phản biện độc lập 2: Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án họp tại ............................................................................................................ ............................................................................................................ vào lúc giờ ngày tháng năm 2017 Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: - Thư viện Khoa học Tổng hợp Tp. HCM - Thư viện Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 1. Q. A. Hoang, H. C. Le and N. H. Nguyen, Evaluation of heat and mass transfer coefficients in horizontal tube falling film NH3-H2O absorber, 2017 International Conference on System Science and Engineering (ICSSE), Ho Chi Minh City, Vietnam, 2017, IEEE Xplore, pp. 636-641. 2. Nguyễn Hiếu Nghĩa, Lê Chí Hiệp, Hoàng An Quốc, Phân tích lý thuyết và thực nghiệm xác định nhiệt độ phát sinh tối ưu của máy lạnh hấp thụ NH3-H2O sản xuất nước đá, Tạp chí Phát triển khoa học công nghệ - Đại học quốc gia TP. HCM, số k1, 2017, Tr. 45-52. 3. Nguyễn Hiếu Nghĩa, Lê Chí Hiệp, Hoàng An Quốc, Nghiên cứu thực nghiệm hoạt động của máy lạnh hấp thụ NH3-H2O loại liên tục, Tạp chí Năng lượng nhiệt, số 133, 01/2017, Tr. 9-14. 4. N. H. Nguyen, H. C. Le and Q. A. Hoang, Studying optimal generator temperature of single effect NH3-H2O absorption refrigeration machine for ice- making, 2016 International Conference on Cogeneration, Small Power Plants and District Energy (ICUE), Bangkok, 2016, IEEE Xplore, pp. 1-7. 5. N. H. Nguyen, H. C. Le and Q. A. Hoang, Evaluating suitable intake NH3-H2O solution concentration of absorption system for ice-making, 2016 3rd International Conference on Green Technology and Sustainable Development, GTSD 2016 - Kaohsiung, Taiwan, pp. 274-280. 6. Nghia-Hieu Nguyen, Hiep-Chi Le, Quoc-An Hoang, Simulation of absorption process of the falling film on the horizontal round tube of NH3-H2O pair working fluid, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, pp. 116-124, 08/2016.
7. Nguyễn Hiếu Nghĩa, Lê Chí Hiệp, Mô phỏng số quá trình hấp thụ của màng chảy lên ống tròn nằm ngang của cặp lưu chất NH3-H2O, Tạp chí Năng lượng nhiệt, số 125, Tr. 20-24, 09/2015. 8. Nghia-Hieu Nguyen, Hiep-Chi Le, Quoc-An Hoang, Parameters affecting analysis to the absorption process of the falling film on the horizontal round tube of pair working fluid NH3-H2O, Proc. of the 4rd international conference on sustainable energy, Innovation for a Green Future, Ho Chi Minh City, Vietnam, 2015, pp. 63-71. 9. Nghia-Hieu Nguyen, Hiep-Chi Le, Quoc-An Hoang, Evaluating optimal temperature of single effect NH3-H2O absorption system for ice-making. Proc. of the 4rd international conference on sustainable energy, Innovation for a Green Future, Ho Chi Minh City, Vietnam, 2015, pp.71-78. 10. Nghia-Hieu Nguyen, Hiep-Chi Le, Modeling Single Effect NH3-H2O Absorption Refrigeration System, Proc. of the 3rd international conference on sustainable energy, the RISE towards a Green Future, Ho Chi Minh City, Vietnam, 2013, pp. 147-153. 11. Nguyễn Hiếu Nghĩa, Lê Chí Hiệp, Phân tích hiệu suất của máy lạnh hấp thụ ammonia-nước theo điều kiện tại Tp. Hồ Chí Minh, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số 03, 2013, Tr. 38-46. 12. Nguyễn Hiếu Nghĩa, Nghiên cứu chế tạo máy lạnh hấp thụ loại liên tục để sản xuất nước đá theo điều kiện tại Việt Nam, Đề tài cấp trường, mã số IUH.KNL01/16, 2016.
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN Tổng quan về nghiên cứu máy lạnh hấp thụ Tổng quan về nghiên cứu bộ hấp thụ kiểu màng chảy Đánh giá kết quả các công trình nghiên cứu đã công bố Lý do chọn đề tài 1.4.1 Tầm quan trọng của bộ hấp thụ Bình hấp thụ của hệ thống lạnh hấp thụ được biết đến như là thành phần quan trọng nhất của hệ thống về mặt hiệu suất và chi phí [71]. Diện tích truyền nhiệt của bộ hấp thụ chiếm khoảng 40% tổng diện tích truyền nhiệt của hệ thống [48]. Chi phí chế tạo hệ thống sẽ giảm đáng kể nếu như diện tích truyền nhiệt của bộ hấp thụ có thể được giảm bớt bằng cách nâng cao hiệu quả truyền nhiệt-truyền chất trong bộ hấp thụ. Bình hấp thụ dạng bọt có hệ số truyền chất khá cao nhờ sự phân phối những bọt hơi nhỏ làm cho diện tích bề mặt truyền chất được gia tăng [73]. Khó khăn của bình hấp thụ dạng bọt là tốc độ truyền nhiệt phía dung dịch thấp, kết cấu phức tạp và chế tạo khó khăn do đòi hỏi công nghệ cao. Hình 1.1 Các bộ hấp thụ dạng bọt chính 1
Bình hấp thụ dạng màng lỏng thì ổn định khi hoạt động và có hệ số truyền nhiệt cao nên có thể giảm kích thước bề mặt giải nhiệt [72]. Khó khăn của bình hấp thụ dạng màng là sự phân phối không đều dung dịch loãng, bề mặt giải nhiệt không ướt đều, bề mặt giải nhiệt đứng bị chảy dầy. Các vấn đề trên làm cho trở lực truyền chất-truyền nhiệt tăng ở phía dung dịch. Hình 1.2 Các bộ hấp thụ dạng màng chính 2
Bộ hấp thụ kiểu màng như hình 1.2f được chọn lựa vì có kết cấu đơn giản, hiệu suất truyền nhiệt tốt, có thể chế tạo được theo điều kiện công nghệ hiện có tại Việt Nam mà không cần phải nhập khẩu dây chuyền sản xuất mới. 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu Từ thực tế về dải năng suất sản xuất nước đá hiện có trên thị trường và khả năng đáp ứng của bơm dung dịch, NCS đã đề xuất ứng dụng cho máy lạnh hấp thụ có dải năng suất lạnh trung bình từ 30 ÷ 60kW, năng suất làm đá từ 5 ÷ 10tấn/ngày (khoảng 200kg/mẻ). Đối với dải năng suất lạnh này, năng suất của bình hấp thụ tương ứng ở trong khoảng từ 52 ÷ 104kW. Việc nghiên cứu quá trình truyền nhiệt-truyền chất của quá trình hấp thụ trong bộ hấp thụ để nâng cao hiệu quả thiết bị được thực hiện kết hợp giữa phương pháp lý thuyết mô phỏng và thực nghiệm kiểm tra. Trong khuôn khổ của luận án này, NCS đã chế tạo hoàn chỉnh một máy lạnh hấp thụ NH3-H2O có năng suất lạnh trong khoảng từ 1kW đến 3kW, bình hấp thụ được tập trung nghiên cứu có kết cấu kiểu màng, dung dịch NH3-H2O chảy trên chùm ống song song có đường kính 9,6 mm được bố trí nằm ngang. 1.4.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Luận án trình bày các nghiên cứu về quá trình truyền nhiệt và truyền chất trong bình hấp thụ của máy lạnh hấp thụ NH3-H2O. Trong luận án này, cấu tạo của bình hấp thụ được lựa chọn sao cho phù hợp với điều kiện công nghệ sẵn có ở trong nước và đáp ứng nhu cầu sản xuất nước đá thường gặp trong thực tế. Để thực hiện các nghiên cứu nêu trên, NCS Nguyễn Hiếu Nghĩa đã chế tạo toàn bộ máy lạnh hấp thụ NH3-H2O cấp nhiệt bằng điện trở với mục đích thiết lập các chế độ hoạt động ổn định đáp ứng các yêu cầu nghiên cứu dưới góc độ thực nghiệm. Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm đã được đánh giá/so sánh với các kết quả tính toán từ chương trình mô phỏng. Bên cạnh đó, các nghiên cứu thực nghiệm còn được dùng để xác định chế độ hoạt động phù hợp cho toàn bộ hệ thống theo điều kiện môi trường tại Việt Nam. Nội dung nghiên cứu tiếp cận với 3
các chỉ tiêu về chất lượng của thế giới, đồng thời bám sát tính thực tiễn của Việt Nam. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu 1. Phân tích lý thuyết nhiệt động của máy lạnh hấp thụ kết hợp với thực nghiệm đo đạc trên mô hình thực tế cho mục đích sản xuất nước đá. 2. Xác định nồng độ dung dịch NH3-H2O nạp phù hợp với điều kiện vận hành và nhiệt độ bay hơi yêu cầu. 3. Công bố được kết quả hoạt động của máy lạnh hấp thụ sử dụng cặp môi chất NH3-H2O làm việc liên tục để sản xuất nước đá có phạm vi năng suất nhỏ theo kết cấu phù hợp với điều kiện công nghệ chế tạo và vận hành tại Việt Nam. 4. Thiết lập được mối tương quan của nhiệt độ phát sinh tối ưu theo nhiệt độ bay hơi của môi chất lạnh trong bộ bay hơi, ngưng tụ của môi chất lạnh trong bình ngưng tụ, hấp thụ của dung dịch ra khỏi bộ hấp thụ. 5. Bộ hấp thụ này được gắn cùng với các bộ phận khác của một hệ thống lạnh để có những điều kiện hoạt động thực. Việc xác định các thông số ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ trong bộ hấp thụ kiểu màng được thực hiện trong phạm vi còn đảm bảo cho máy lạnh hấp thụ hoạt động ổn định. 6. Thiết lập mối quan hệ truyền nhiệt-truyền chất trong bình hấp thụ của máy lạnh hấp thụ NH3-H2O loại liên tục. Kết luận Từ những ưu điểm và tồn tại của các nghiên cứu trước, NCS nhắm đến ý nghĩa khoa học và thực tiễn: - Từ thực tế về dải năng suất sản xuất nước đá hiện có trên thị trường và khả năng đáp ứng của bơm dung dịch, NCS nhắm đến đề xuất ứng dụng cho máy lạnh hấp thụ có dải năng suất lạnh trung bình từ 30 ÷ 60kW, năng suất làm 4
đá từ 5 ÷ 10tấn/ngày (khoảng 200kg/mẻ). Đối với dải năng suất lạnh này, bình hấp thụ có dải năng suất tương ứng từ 52 ÷ 104kW được xác định. - Các kết quả nghiên cứu có thể được dùng để tham khảo khi thiết kế, chế tạo và vận hành máy lạnh hấp thụ trong điều kiện Việt Nam. NCS xác định mục đích và đối tượng nghiên cứu: - Việc nghiên cứu quá trình truyền nhiệt-truyền chất của quá trình hấp thụ trong bộ hấp thụ để nâng cao hiệu quả thiết bị được thực hiện kết hợp giữa phương pháp lý thuyết mô phỏng và thực nghiệm kiểm tra. Trong khuôn khổ của luận án này, bình hấp thụ được tập trung nghiên cứu là bình hấp thụ kiểu màng với dung dịch NH3-H2O chảy trên chùm ống song song nằm ngang, có đường kính ống giải nhiệt kiểm tra 9,6mm, tương ứng với năng suất lạnh trong khoảng từ 1kW đến 3kW. - Bình hấp thụ này được gắn cùng với các bộ phận khác để tạo nên một máy lạnh hấp thụ hoàn chỉnh hoạt động theo điều kiện môi trường tại Việt Nam trong phạm vi nhiệt độ bay hơi của môi chất lạnh trong bộ bay hơi, ngưng tụ của môi chất lạnh trong bình ngưng tụ, hấp thụ của dung dịch ra khỏi bình hấp thụ, phát sinh của dung dịch trong bình phát sinh để thực hiện thí nghiệm. CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT HẤP THỤ KIỂU MÀNG CHẢY Chu trình lạnh hấp thụ Bộ hấp thụ kiểu màng chảy 2.2.1 Các ảnh hưởng đến hiệu quả truyền nhiệt-truyền chất Các ảnh hưởng bao gồm kết cấu; chế độ chảy của dung dịch loãng vào các ống giải nhiệt; lưu lượng, nồng độ, và nhiệt độ dung dịch loãng đến từ bình phát sinh; hơi NH3 đến từ bình bay hơi; và nước giải nhiệt. 5
2.2.2 Mô hình và phương pháp thí nghiệm 2.2.2.1 Mô hình thí nghiệm 1) Dung dịch loãng và hơi NH3 ngược chiều. Ống giải nhiệt có đường kính Φ9,6mm bước dọc tối ưu là 20mm; bước ngang 13mm. 2) Diện tích mặt tiếp xúc lỏng hơi lớn do dung dịch loãng nhiễu và lan rộng trên các ống giải nhiệt. 3) Để tăng sự phân phối đồng đều của dòng dung dịch loãng bằng cách khoan lỗ Φ1,2mm thẳng hàng; bước lỗ 4mm. 2.2.2.2 Phương pháp thí nghiệm Bảng 2.1 Ảnh hưởng lưu lượng dung dịch Do(mm) Г[kg/(m.s)] Dòng hơi Nước P(bar) Kết quả giải nhiệt 0,001; Nhiệt độ dung dịch loãng 9,6 Tùy tw = 28 ÷ 1,5 ÷ 0,005; vào và đặc ra khỏi bộ hấp thuộc vào 38oC và 2,5 0,008; thụ. Nồng độ dung dịch ra. lưu lượng mw = 8 ÷ 0,0113; dung 18l/m 0,015. dịch αf[W/(m2.K]; k[W/(m2.K]; loãng q(W/m2); h(m/s); mf[kg/(m2.s)]. 2.2.3 Phương pháp giải Bộ hấp thụ chùm ống nằm ngang gồm 180 ống có đường kính ngoài là 9,6mm. Mỗi ống dài 18cm. Các ống được bố trí song song thành 30 hàng ống. Hàng ống trên đỉnh và hàng ống ở đáy lần lượt là hàng ống phân phối dung dịch loãng và 6
hàng ống phân phối hơi. Các hàng ống giải nhiệt nằm ở giữa được chia thành 8 pass nước [4, 4, 4, 4, 3, 3, 3, 3 (hàng ống)]. Các giả thuyết: 1. Dòng loãng phân bố đều. 2. Dòng dung dịch loãng chảy tầng, ổn định. 3. Dòng hơi phân bố đều. 4. Nhiệt độ chùm ống giải nhiệt ổn định. 5. Áp suất trong bình đồng Hình 2.1 Hình chiếu cạnh của bộ hấp thụ nhất. 6. Bộ hấp thụ đoạn nhiệt. 7. Nhiệt độ vách ống như nhau trên từng ống đơn. Từ các giả thuyết trên, mô vật lý 3 chiều trên trở thành 2 chiều được trình bày như hình 2.2. Dung dịch loãng được đưa vào tại đỉnh ống, rồi chảy xuống quanh ống thành màng. Hơi NH3 được hấp thụ vào mặt tiếp xúc của màng dung dịch. Quá trình hấp thụ sinh nhiệt. Nhiệt truyền nhiệt qua vách ống vào nước giải nhiệt và Hình 2.2 Mô hình vật lý 2 chiều được nước giải nhiệt chảy trong ống ngang mang đi. Hướng của dòng dung dịch chảy dọc theo chu vi ống theo tọa độ x. Bề dày màng dung dịch hướng từ tâm ống ra theo hướng y. Vị trí của bất kỳ điểm nào trên màng dung dịch đều xác định được theo các tọa độ 𝜃, y tương ứng. 7
Kết luận Trong chương 2, NCS trình bày các phân tích cơ sở lý thuyết của chu trình lạnh hấp thụ và bộ hấp thụ kiểu màng chảy bao gồm: - Các phương trình cơ bản về thông số nhiệt động của môi chất lạnh NH3 và của dung dịch NH3-H2O; - Các phân tích về các ảnh hưởng đến hiệu quả truyền nhiệt-truyền chất của quá trình hấp thụ; - Xác định được cấu tạo của bình hấp thụ nghiên cứu và phương pháp giải; - Định hướng phát triển mô hình toán cho bình hấp thụ kiểu màng chảy trên chùm ống tròn nằm ngang từ mô hình toán của phần tử thể tích ống kiểm tra; - Đơn giản hoá phần tử thể tích ống thành mô hình vật lý 2 chiều. Chọn ống giải nhiệt có đường kính 9,6mm; mật độ phân phối dung dịch loãng thấp để có được chế độ nhỏ giọt vào ống. 8
CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG HỆ THỐNG VÀ BỘ HẤP THỤ Mô phỏng hệ thống 3.1.1 Mô hình toán của hệ thống 3.1.2 Lưu đồ màng của hệ thống Thông số đầu vào: Nhập các thông số đầu vào theo điều kiện nhiệt độ hoạt động của từng bộ phận: bay hơi, ngưng tụ, hấp thụ, phát sinh (-20oC < te < 0oC, 28oC < tc < 40oC, 25oC < ta < 40oC, 90oC < tg < 130oC). Năng suất nhiệt cấp vào bình phát sinh Qg(kW). Thuật toán: Tính toán tất cả các điểm trạng thái. Hình 3.1 Lưu đồ thuật toán mô phỏng máy Dữ liệu đầu ra: Năng suất lạnh lạnh hấp thụ NH3-H2O Qe(kW), năng suất bộ ngưng tụ Qg(kW), năng suất bộ hấp thụ Qa(kW), hệ số hiệu suất nhiệt của máy (COP) và hiệu suất làm lạnh (COPu). Nồng độ dung dịch đặc Cs, nồng độ dung dịch loãng Cw, hệ số hồi lưu λ. 9
3.1.3 Kết quả mô phỏng Nhiệt độ dung dịch trong bộ phát sinh tăng làm cho COP tăng rất nhanh và đạt cực đại. Nếu tiếp tục tăng nhiệt độ phát sinh thì COP giảm. Nhiệt độ bay hơi càng thấp, hệ thống có nhiệt độ phát sinh khởi động càng cao, thì COP cực đại càng thấp. Theo Hình 3.2 COP và nhiệt độ phát sinh tại hình 3.2, tc = 33oC; ta =34oC, các nhiệt độ bay hơi theo mô phỏng nhiệt độ phát sinh tối ưu đạt được tg_opt = [97, 106, 111, 116, 122](oC) tương ứng với hệ số hiệu suất nhiệt tối ưu COPopt = [0,51; 0,476; 0,46; 0,446; 0,433] khi nhiệt độ bay hơi lần lượt là te = [-5, -11, -14, -17, -20](oC). Từ mô phỏng sự thay đổi hệ số hiệu suất, nhiệt độ bay hơi yêu cầu là -19oC, nhiệt độ ngưng tụ và nhiệt độ hấp thụ lần lượt là 33oC và 34oC, nhiệt độ phát sinh là 120oC thì hệ số hiệu suất của máy lạnh hấp thụ sẽ đạt cực đại. Từ mô phỏng hệ thống tại COP cực đại, nồng độ dung dịch loãng tìm được là Cws = 0,267; nồng độ dung dịch đậm đặc tìm được là Css = 0,365. Nồng độ dung dịch hoạt động trung bình trong máy lạnh là 0,316. Vùng dung dịch nạp được định hướng trong phạm vi 0,295 tới 0,325. Các thí nghiệm để xác định nồng độ dung dịch nạp phù hợp sẽ được thực hiện trong phạm vi này. 10
Mô phỏng bộ hấp thụ 3.2.1 Mô phỏng phần tử thể tích ống 3.2.1.1 Mô hình toán của phần tử Các phương trình liên tục, phương trình động lượng, phương trình năng lượng, phương trình truyền chất của lớp màng dung dịch chảy trên chùm ống được mô tả 2 chiều [70], [66], [45], [67], [89], [47], [51], [68], [81], [5], [90], [91]. 3.2.1.2 Lưu đồ màng của phần tử Thông số đầu vào: Độ phân phối dung dịch Г, bán kính ngoài ống giải nhiệt ro, hệ số khuếch tán nhiệt aq, hệ số khuếch tán chất D và nhiệt độ dung dịch loãng vào Tws_in; nồng độ dung dịch loãng vào Cws_in. Thuật toán: Chu trình tính sẽ bắt đầu để đi tìm bề dày lớp màng, các thành phần tốc độ, nhiệt độ và nồng độ của tất cả các điểm của lưới của phần tử ống kiểm tra. Dữ liệu đầu ra: bề dày lớp màng δ, vận tốc theo chiều màng chảy u, vận tốc vuông góc với màng chảy v, nồng độ Hình 3.3 Lưu đồ thuật toán cho phần tử thể tích ống lớp màng C, nhiệt độ lớp màng T, hệ số truyền chất hm, hệ số truyền nhiệt k, dòng chất hấp thụ mf, dòng nhiệt hấp thụ qf. 11
3.2.2 Mô phỏng bộ hấp thụ 3.2.2.1 Mô hình toán của chùm ống Các ống ngang được bố trí thành các mặt thẳng đứng với nước giải nhiệt chảy theo từng pass qua lại trong các ống như ở hình 3.4. Hình 3.4 Sơ đồ dòng nước giải nhiệt Các giả thuyết cho bộ hấp thụ: 1) Từng ống hấp thụ được chia thành các phần tử ống kiểm tra bằng nhau; 2) Nhiệt độ vách của phần tử ống kiểm tra là không đổi; 3) Màng dung dịch phân bố đồng đều dọc theo phần tử ống kiểm tra; 4) Bộ ống đoạn nhiệt với môi trường xung quanh. Kết hợp các phương trình của dòng màng và các phương trình dòng nước giải nhiệt chảy trong ống để giải cho từng phần tử ống kiểm tra. Nếu ống thứ n được chia thành k phần tử. Sau khi có các kết quả hội tụ của một ống, màng dịch sẽ chuyển động xuống ống phía dưới tiếp theo. Màng dung dịch rời phần tử ống kiểm tra thứ 1 của ống thứ n đi vào phần tử ống kiểm tra thứ k của ống n+1 với cùng phân bố nhiệt độ và nồng độ khi rời khỏi phần tử ống kiểm tra phía trên n. Tương tự như vậy, màng dung dịch rời phần tử ống kiểm tra thứ 2 của ống n vào phần tử ống kiểm tra k-1 của ống n-1. Quá trình tính này được thực hiện cho đến khi tất cả các ống trong cùng một cột được tính. 3.2.2.2 Lưu đồ màng của chùm ống 12
Thông số đầu vào: Số phần tử kiểm tra của mỗi ống giải nhiệt k. Nhiệt độ, lưu lượng, nồng độ dung dịch loãng vào và ra khỏi bộ hấp thụ đo được. Nhiệt độ nước giải nhiệt vào và ra khỏi bộ hấp thụ đo được. Thuật toán: Nhiệt độ nước giải nhiệt vào bộ hấp thụ đo được là nhiệt độ nước vào phần tử ống đầu tiên. Dự đoán nhiệt độ ra khỏi phần tử ống đầu tiên. Nhiệt độ nước vào phần tử ống thứ 2 chính là nhiệt độ nước ra của phần tử ống kiểm tra Hình 3.5 Lưu đồ thuật toán cho bộ hấp thụ liền kề trước đó. Các tính toán được tuần tự tính cho các phần tử ống kiểm tra cho đến khi phần tử ống kiểm tra cuối cùng của ống đạt được. Nhiệt độ của nước giải nhiệt vào phần tử ống kiểm tra cuối cùng của ống trên cũng chính là nhiệt độ ra của phần tử ống kiểm tra đầu tiên của ống dưới kế tiếp. Các tính toán được tuần tự tính cho các ống phía trên cho đến khi ống trên cùng của cột ống trong bộ hấp thụ đạt được. Dữ liệu đầu ra: Nhiệt độ, lưu lượng, nồng độ dung dịch đặc ra, và năng suất của bộ hấp thụ. Hệ số truyền nhiệt và hệ số truyền chất. 13
3.2.3 Kết quả mô phỏng 3.2.3.1 Phần tử kiểm tra Các hình sau thể hiện các đặc tính động học của màng dung dịch và hiện tượng truyền nhiệt-truyền chất kết hợp khi dòng dòng hơi NH3 được hấp thụ vào dòng dung dịch loãng để trở thành dung dịch có nồng độ cao hơn. Hình 3.6 Vận tốc u (m/s) Hình 3.7 Vận tốc v (m/s) Hình 3.6 & 3.7 là phân phối ba chiều của thành phần vận tốc tiếp tuyến dòng chảy u và thành phần vận tốc vuông góc dòng chảy v. Theo toạ độ không thứ nguyên ε, màng lỏng đang rơi vào ống nên vận tốc u = 0; nhưng vận tốc v lớn mang dấu âm vì ngược chiều trục η. Khi đã tạo thành màng trên ống thì thành phần u xuất hiện và lớn dần, đạt cực đại tại ¼ ống (u max = 0,0504m/s), sau đó giảm dần và u = 0 khi chảy ra khỏi ống. Theo trục η, Phân bố vận tốc của thành phần u = 0 tại vách ống, tăng dần, và đạt cực đại cục bộ tại mặt tiếp xúc lỏng hơi. Ngược lại với u, Thành phần v sau khi vào ống sẽ giảm rất mạnh, sau đó lại tăng mạnh lúc ra khỏi ống. 14
Hình 3.8 Trường nồng độ, C Hình 3.9 Trường nhiệt độ, T (K) Hình 3.8 & 3.9 là phân phối ba chiều của trường nồng độ (C), và trường nhiệt độ (T) trong miền khảo sát là màng dung dịch. Nồng độ của dung dịch loãng khi chưa vào ống được xem như chưa có hiện tượng hấp thụ nên nồng độ vẫn bằng nồng độ vào. Nhiệt độ tại mặt tiếp xúc bão hoà theo nồng độ dung dịch, tại vách ống bằng nhiệt độ vách. Khi hiện tượng hấp thụ xuất hiện thì nồng độ của mặt tiếp xúc lỏng hơi tăng dần theo trục ε rồi khuếch tán vào phía vách ống theo trục η. Sự hấp thụ này phát sinh nhiệt làm cho nhiệt độ mặt tiếp xúc lỏng-hơi tăng theo trục ε. Do chênh nhiệt độ giữa mặt tiếp xúc và vách ống, nhiệt lượng truyền vào phía vách theo truc η. Nồng độ trung bình của lớp màng sau khi ra khỏi ống C = 0,3637; tăng 0,0687. Nhiệt độ trung bình của lớp màng vào ống là 317,6K (44,5oC), Nhiệt độ trung bình của lớp màng sau khi ra khỏi ống T = 304,843K (31,7oC), giảm 12,8oC. Nhiệt độ của mặt tiếp xúc lỏng-hơi vào ống là 332K (58oC), Nhiệt độ của mặt tiếp xúc lỏng-hơi sau khi ra khỏi ống T = 306,5K (33,4oC), giảm 24,7oC. Chênh nhiệt độ của mặt tiếp xúc lỏng-hơi khi ra khỏi ống so với nhiệt độ vách ống là 3,4oC. Lưu lượng khối lượng phân phối thay đổi Γ= 0,001; 0,005; 0,008; 0,0113; 0,0146; 0,03[kg/(m.s)]. Các hình 3.10 tới 3.15 và bảng 3.1 thể hiện sự thay đổi 15
bề dày, vận tốc trung bình cục bộ, nồng độ trung bình cục bộ, nhiệt độ trung bình cục bộ, hệ số truyền nhiệt lớp màng, hệ số truyền nhiệt, hệ số truyền chất của lớp màng dung dịch. Hình 3.10 Độ dày lớp màng, δ (m) Hình 3.11 Vận tốc cục bộ trung bình, ual (m/s) Khi lưu lưu lượng giảm thì bề dày lớp màng giảm (hình 3.10), vận tốc tiếp tuyến dòng chảy u giảm (hình 3.11). Tại ¼ ống theo chiều dòng chảy bề dày lớp màng đạt cực tiểu, vận tốc lớp màng đạt cực đại. Hình 3.12 Nồng độ cục bộ trung Hình 3.13 Nhiệt độ cục bộ trung bình, Cal bình, Tal (K) Khi lưu lượng dung dịch tăng thì nồng độ trung bình cục bộ lớp màng giảm (hình 3.12), nhiệt độ trung bình cục bộ tăng (hình 3.13). 16