BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐẠO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
NGUYỄN VĂN LƯƠNG THIỆN
NGHIÊN CỨU VỀ
SỰ PHÂN TẦNG NHIỆT CỦA NƯỚC
Chuyên ngành : Công nghệ Nhiệt
Mã số : 60.52.80
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Đà Nẵng – Năm 2014
Công trình hoàn thành tại
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
Người hướng dẫn khoa học: TS. THÁI NGỌC SƠN
Phản biện 1: PGS.TS. Hoàng Ngọc Đồng
Phản biện 2: PGS.TS. Hoàng Dương Hùng
Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận
văn tốt nghiệp thạc sĩ Công nghệ nhiệt họp tại Đại học Đà Nẵng
vào ngày 20 tháng 12 năm 2014
Có thể tìm hiểu tại:
- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng
- Trung tâm Thông tin – Tư liệu, Đại học Đà Nẵng
1
MỞ ĐẦU
1.Tính cấp thiết của đề tài
Ngày nay, tiết kiệm năng lượng và đối phó với biến đổi khí
hậu là ưu tiên hàng đầu của mỗi quốc gia.
Trong hệ thống đun nước nóng sử dụng năng lượng mặt trời,
sự phân tầng nhiệt độ trong các bồn chứa nước nóng có ảnh hưởng
lớn đến hiệu suất nhiệt của hệ thống và là một vấn đề quan trọng
trong việc thiết kế các bồn chứa trữ nhiệt.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu sự phân tầng nhiệt độ của nước bên trong bình
chứa.
3. Giả thuyết nghiên cứu
Đưa ra một số giả thuyết để giải các phương trình vi phân
mô tả sự phân tầng nhiệt và kiểm chứng qua thực nghiệm
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu sự phân tầng nhiệt độ của nước bên trong bình
chứa đặt đứng và ngang.
5. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với mô hình thực nghiệm và mô
phỏng số.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- Áp dụng lý thuyết tính toán vào các mô hình thực tế.
- Áp dụng các phần mềm tính toán và mô phỏng để giải các
bài toán phân tầng nhiệt.
- Nâng cao hiệu suất của bộ thu năng lượng mặt trời, góp
phần tích trữ nước nóng lâu dài và giảm tiêu thụ điện năng trong giờ
cao điểm.
2
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ SỰ PHÂN TẦNG NHIỆT CHẤT LỎNG
1.1. TỔNG QUAN VỀ SỰ PHÂN TẦNG NHIỆT VÀ LƯU TRỮ
NHIỆT
1.1.1. Giới thiệu về bồn trữ nhiệt
a. Phân loại các dạng bồn chứa nước nóng
b. Ứng dụng của bồn chứa nước nóng
1.1.2. Các phương pháp thu thập và tích trữ nhiệt năng lượng
mặt trời
1.1.3.Tổng quan về sự phân tầng nhiệt của bồn lưu trữ
Phân tầng nhiệt của nước trong bồn lưu trữ nhiệt là sự phân bố
nhiệt độ của phần tử nước theo chiều cao của bồn chứa lưu trữ. Nó được
tạo ra bởi sự chênh lệch mật độ của nước theo nhiệt độ. Sự phân tầng
nhiệt của nước trong bình chứa có ảnh hưởng quan trọng đến hiệu suất
nhiệt của hệ thống nước nóng sử dụng năng lượng mặt trời.
1.1.4.Phân loại các dạng phân tầng nhiệt của chất lỏng
a. Phần tầng động
b. Phân tầng tĩnh
1.1.5.Ứng dụng của phân tầng nhiệt
· Ứng dựng phân tầng nhiệt để nâng cao hiệu suất của bộ
thu năng lượng măt trời.
· Ứng dụng trong năng lượng hạt nhân
· Ứng dụng trong bồn lưu trữ lạnh
1.2. CÁC NGHIÊN CỨU VỀ SỰ PHÂN TẦNG CỦA CHẤT LỎNG
1.2.1.Các vấn đề ảnh hưởng đến sự phân tầng nhiệt của
nước trong bồn chứa
Sự phân tầng nhiệt trong bình chứa nước nóng bị ảnh hưởng
bởi các nhân tố:
3
Ø Dòng chảy đối lưu tự nhiên bên trong thành bình sinh ra
bởi tổn thất nhiệt của nước ra môi trường xung quanh.
Ø Sự truyền nhiệt từ bình chứa trữ nhiệt ra môi trường xung
quanh thông qua vách bình.
Ø Sự khuếch tán nhiệt giữa nước lạnh và nước nóng tại bề
mặt phân cách do sự khác biệt về nhiệt độ.
Ø Sự truyền nhiệt đối lưu cưỡng bức do dòng chảy xuyên
suốt bình chứa ở chế độ động.
1.2.2. Các nghiên cứu về phân tầng trong và ngoài nước
a. Nghiên cứu về sự phân tầng nhiệt trong nước
b. Những nghiên cứu ngoài nước
1.3. CÔNG CỤ ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ PHÂN TẦNG NHIỆT
CỦA BỒN CHỨA
Những phương pháp tính và thiết kế mới được áp dụng cho
các bình lưu trữ nhiệt luôn thay đổi và cải tiến nhằm nâng cao hiệu
suất của bồn trữ nhiệt. Đặc biệt các phương pháp đánh giá mức độ
phân tầng nhiệt trong bể chứa cũng đã được đưa ra gân đây. Sau khi
có sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, đặc biệt là máy
tính cá nhân. Mô hình đầu tiên được đưa ra dựa trên nguyên lý của
định luật nhiệt động 1 và kết hợp với định luật nhiệt động 2 về
exergy lưu trữ.
Phương trình mô tả năng lượng lưu trữ Elt và exergy ξlt lưu trữ.
(
)
0
.
inltinp
EEmcTT
==-
()
00
0
....ln
ltinpinp
T
mcTTmcT
T
x
æö
=--
ç÷
èø
(1.1)
Exergy không thứ nguyên :
*
ix
1m
stm
xx
x
xx
-
=- - (1.6)