Tài liệu Mô phỏng số quá trình truyền nhiệt trong bộ trao đổi nhiệt kênh mini dùng để thay thế két nước trong xe tay ga

  • Số trang: 91 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 1668 |
  • Lượt tải: 0
thanhphoquetoi

Tham gia: 05/11/2015

Mô tả:

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN THANH NGHĨA MÔ PHỎNG SỐ QUÁ TRÌNH TRUYỀN NHIỆT TRONG BỘ TRAO ĐỔI NHIỆT KÊNH MINI DÙNG ĐỂ THAY THẾ KÉT NƯỚC TRONG XE TAY GA NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 60520116 S K C0 0 4 5 3 4 Tp. Hồ Chí Minh, năm 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN THANH NGHĨA MÔ PHỎNG SỐ QUÁ TRÌNH TRUYỀN NHIỆT TRONG BỘ TRAO ĐỔI NHIỆT KÊNH MINI DÙNG ĐỂ THAY THẾ KÉT NƯỚC TRONG XE TAY GA NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 60520116 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS ĐẶNG THÀNH TRUNG Tp. Hồ Chí Minh, năm 2015 LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Nguyễn Thanh Nghĩa Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 21/11/1984 Nơi sinh: Bình Định Quê quán: Bình Định Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 15 Phạm Hồng Thái, Phường Thị Nại, Tp Quy Nhơn, Tỉnh Bình Định Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: Điện thoại di động: 0902010622 E-mail: nghia4nt@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ …/… đến …/ … Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: 2. Đại học: Hệ đào tạo: Đại học chính quy Thời gian đào tạo từ 2003 đến 2008 Nơi học : Trường Đại học Giao thông vận tải TP.HCM Ngành học: Cơ khí Ô tô Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: Trường ĐH Giao thông vận tải TP.HCM III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Nơi công tác Thời gian 1/10/2010 đến nay 1/8/208 đến 8/2010 Công việc đảm nhiệm Trường Cao đẳng Nghề Quy Nhơn Công ty CP Tân Thành Đô City Ford i Giáo viên Cố vấn dịch vụ LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2015 (Ký tên và ghi rõ họ tên) ii CẢM TẠ Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành, sâu sắc nhất tới PGS.TS Đặng Thành Trung, người đã tận tình hướng dẫn, chỉ đạo sâu sắc về mặt khoa học, và quan tâm, động viên, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn: “Mô phỏng số quá trình truyền nhiệt trong bộ trao đổi nhiệt kênh mini dùng để thay thế két nước trong xe tay ga” để em hoàn thành đề tài đúng hạn . Xin chân thành cám ơn tất cả quý thầy cô khoa CKĐ Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, các anh chị học viên khóa trước, các bạn học viên cùng khóa đã tận tình giúp đỡ để em hoàn thành đề tài đúng hạn. Do trình độ và thời gian có hạn nên chắc chắn đề tài còn nhiều thiếu sót. Rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của tất cả quý thầy cô, anh chị và các bạn. Xin chân thành cám ơn! TP. HCM, ngày tháng năm 2015 Nguyễn Thanh Nghĩa iii TÓM TẮT Một nghiên cứu trước đó đã cho thấy hiệu quả trao đổi nhiệt của bộ trao đổi nhiệt kênh mini tốt hơn so với trong két nước xe tay ga nhưng nó vẫn còn một vài hạn chế. Do đó, nghiên cứu này thực hiện trên một bộ trao đổi nhiệt mới có kích thước chỉ bằng 86% so với bộ trao đổi nhiệt kênh mini trước đây và chỉ bằng 55% so với két nước trên xe tay ga. Trong nghiên cứu, khi gia tăng số pass từ 3 lên 5, quá trình truyền nhiệt của bộ trao đổi nhiệt gia tăng. Cũng cùng nhiệt lượng, kích thước thu được từ bộ tản nhiệt 05 pass chỉ bằng 86% kích thước của bộ tản nhiệt 03 pass. Trong trường hợp thay đổi vận tốc gió, cho bộ tản nhiệt 05 pass, nhiệt lượng 137 W đã thu được cho quá trình làm mát như két nước. Phương pháp thực nghiệm trên cũng cho thấy rằng hiệu quả truyền nhiệt của nước qua bộ trao đổi nhiệt lớn hơn hiệu quả truyền nhiệt của hỗn hợp nước – ethylen. Kết quả này đồng thuận với các nghiên liên quan. Bên cạnh đó, mô phỏng số (sử dụng phần mềm COMSOL) đã được thực hiện cho bộ trao đổi nhiệt kênh mini với 05 pass. Các kết quả thu được từ mô phỏng số phù hợp với các kết quả từ thực nghiệm với sai số cực đại là 2,5%. Thêm vào đó, khi thay thế tấm PMMA bằng tấm nhôm, sử dụng phương pháp thực nghiệm, kết quả cho thấy phương pháp hàn nhôm có hiệu suất thấp hơn phương pháp dán tấm PMMA ở tốc độ lưu lượng nước cao. Với nhiệt độ nước đầu vào là 62oC và lưu lượng nước 4.1g/s, nhiệt lượng của bộ trao đổi nhiệt kênh mini hàn tấm nhôm là 118W còn với tấm PMMA nhiệt lượng là 132W. iv ABSTRACT A previous study showed that heat transfer efficiency of the minichannel heat exchanger (MNHE) is better than the radiator of scooters; however, it still has some weaknesses. Therefore, this study done on a new-minichannel heat exchanger with the size by 86% compared with the old-minichannel heat exchanger and by 55% compared with the radiator of scooter. In this study, when the pass number increases from three to five, the heat transfer rate of the heat exchanger increases. As the same heat transfer rate, the size obtained from the heat exchanger with five passes is only 86% the size obtained from the other one with three passes. For the minichannel heat exchanger with five passes, the heat transfer rate of 137 W was achieved for cooling as a radiator of scooter. The experimental method also shown that the heat transfer efficiency obtained from the heat exchanger with water as the working fluid is higher than that obtained from the heat exchanger with ethylene solution as the working fluid. The results are in good agreements with the relevant research. Besides, the numerical simulations (Using 3D COMSOL software package) were done for a minichannel heat exchanger with five passes. The good agreements were achieved for the behaviors of heat transfer between the results obtained from numerical simulations and those obtained from experimental data for the minichannel heat exchanger with five passes used in the study, with maximum percentage error of 2.5 %. In addition, as replacing PMMA by Aluminum and using experimental method, the results show that the welding Aluminum for MNHE is less efficiency than the bonding PMMA method at high mass flow rate of water. For water having the inlet temperature of 62oC anh mass flow rate of 4.1g/s, the heat transfer rate of the welded-Aluminum MNHE is 118W and the heat transfer rate of the bondedPMMA MNHE is 132W. v MỤC LỤC TRANG LÝ LỊCH KHOA HỌC ................................................................................................i LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... ii CẢM TẠ ................................................................................................................... iii TÓM TẮT ..................................................................................................................iv ABSTRACT ................................................................................................................ v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT ........................................................... x DANH MỤC HÌNH ẢNH .........................................................................................xi DANH MỤC BẢNG BIỂU .....................................................................................xiv CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN ............................................................................. 1 1.1. Tính cấp thiết của đề tài .........................................................................1 1.2. Tổng quan các nghiên cứu liên quan ......................................................2 1.2.1. Nghiên cứu ngoài nước ..................................................................2 1.2.2. Nghiên cứu trong nước ..................................................................7 1.3. Mục đích đề tài .......................................................................................7 1.4. Nhiệm vụ và giới hạn đề tài ...................................................................8 1.5. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................8 CHƢƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT................................................................ 9 2.1. Lý thuyết truyền nhiệt ............................................................................9 2.2. Làm lạnh – gia nhiệt đối lưu và hệ số truyền nhiệt ...............................11 2.3. Đối lưu tự nhiên – hệ số Grashof...........................................................14 2.4. Hệ số Nusselt .........................................................................................15 2.5. Dòng chảy lưu chất ................................................................................16 vi 2.6. Mô hình dòng chảy rối k-ε.....................................................................22 CHƢƠNG 3 PHƢƠNG PHÁP MÔ PHỎNG SỐ BẰNG COMSOL MULTIPHYSICS ....................................................................................................24 3.1. Xây dựng mô hình mô phỏng ................................................................24 3.1.1. Thiết kế mô hình. .........................................................................24 3.1.2. Vẽ mô hình mô phỏng trên Inventor ............................................25 3.2. Mô phỏng bằng COMSOL MULTIPHYSICS 4.3b. .............................25 3.2.1. Nhập mô hình hình học và phương trình giải. .............................25 3.2.2. Cài đặt miền con và điều kiện biên. .............................................26 3.2.3. Cài đặt vật liệu cho mô hình ........................................................28 3.2.4. Tạo lưới và giải mô hình ..............................................................29 3.2.5. Xử lý và hiển thị kết quả ..............................................................30 CHƢƠNG 4 PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM.................................... 32 4.1. Mô hình bộ trao đổi nhiệt kênh mini (Minichannel Heat Exchanger) ..32 4.1.1. Kích thước bộ trao đổi nhiệt ........................................................32 4.1.2. Hoàn thiện mẫu thí nghiệm ..........................................................34 4.2. Mô hình thực nghiệm.............................................................................34 4.3. Dụng cụ thí nghiệm ...............................................................................36 4.3.1. Bơm ..............................................................................................36 4.3.2. Bộ gia nhiệt ..................................................................................36 4.3.3. Bộ thiết bị đo lường nhiệt độ .......................................................37 4.4. Đo đạt số liệu .........................................................................................38 4.4.1. Đo nhiệt độ ...................................................................................38 4.4.2. Đo lưu lượng ................................................................................38 4.5. Phân tích sai số ......................................................................................38 vii CHƢƠNG 5 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG SỐ VÀ THỰC NGHIỆM ................... 40 5.1. Các kết quả mô phỏng ........................................................................................ 40 5.1.1. Vận tốc gió 0,8 m/s ......................................................................41 5.1.2. Vận tốc gió 1,2 m/s ......................................................................43 5.1.3. Vận tốc gió 2,2 m/s ......................................................................45 5.1.4. Vận tốc gió 3 m/s .........................................................................46 5.1.5. Vận tốc gió 3,5 m/s ......................................................................48 5.2. Kết quả thực nghiệm ..............................................................................50 5.2.1. Lưu lượng khối lượng của nước ở 1,64 g/s ........................................50 5.2.2. Lưu lượng khối lượng của nước ở 2,46 g/s ........................................52 5.2.3. Lưu lượng khối lượng nước ở 3,28 g/s ...............................................53 5.2.4. Lưu lượng khối lượng nước ở 4,1 g/s .................................................55 5.2.5. Thay đổi lưu chất làm việc là hỗn hợp nước ethylene. ................57 5.2.6. So sánh giữa kênh mini 5 pass và kênh mini 3 pass với lưu chất làm việc là hỗn hợp nước-ethylene ............................................................58 5.3. So sánh kết quả thực nghiệm và mô phỏng số ......................................59 5.3.1. Lưu lượng gió được giữ cố định ở 3m/s ......................................59 5.3.2. Kết quả với lưu lượng khối lượng nước được giữ cố định tại 4,1g/s ..........................................................................................................60 5.4. Thực nghiệm với công nghệ hàn tấm nhôm thay thế công nghệ dán UV Light tấm PMMA trên bộ trao đổi nhiệt kênh mini 5 pass .......................................61 CHƢƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................. 64 6.1. Kết luận. .................................................................................................64 6.2. Kiến nghị. ..............................................................................................65 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 66 viii PHỤ LỤC ................................................................................................................. 69 1. Kết quả phân tích dòng chảy lưu chất và truyền nhiệt trong két nước làm mát trên xe ô tô. .........................................................................................................69 2. Kết quả mô phỏng và thực nghiệm bộ trao đổi nhiệt kênh mini 5 pass ...71 2.1. Kết quả mô phỏng ...........................................................................71 2.2. Kết quả thực nghiệm .......................................................................72 2.3. So sánh kết quả thực nghiệm và mô phỏng ....................................73 ix DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT Ac : diện tích mặt cắt, m2 BTĐN : bộ trao đổi nhiệt Dh : đường kính quy ước, m F : hệ số ma sát Fanning H : hệ số tỏa nhiệt đối lưu, W/m2K k : hệ số truyền nhiệt tổng, W/m2K L : chiều dài kênh mini, m m : lưu lượng khối lượng, kg/s NTU : chỉ số truyền nhiệt đơn vị (Number of Transfer Unit) Nu : chỉ số Nusselt p : áp suất, Pa P : đường kính ướt, m Q : nhiệt lượng trao đổi qua bộ trao đổi nhiệt, W q : mật độ dòng nhiệt, W/m2 Re : chỉ số Reynolds T : nhiệt độ, oC / oK  : độ nhớt động lực học, Ns/m2  : khối lượng riêng, kg/m3  : hệ số dẫn nhiệt, W/m K ω : vận tốc, m/s η : hiệu suất nhiệt  : chỉ số hoàn thiện, W/kPa T : nhiệt độ chênh lệch, oC p : tổn thất áp suất, Pa x DANH MỤC HÌNH ẢNH TRANG Hình 1.1: Sự phân bố năng lượng trong xe ................................................................3 Hình 2.1: Tám loại làm mát đối lưu .........................................................................13 Hình 3.1: Kích thước thiết kế mô hình. ....................................................................24 Hình 3.2: Bộ trao đổi nhiệt được vẽ bằng Inventor. ................................................25 Hình 3.3: Kết quả quá trình nhập mô hình vào COMSOL ......................................26 Hình 3.4: Cài đặt miền con.......................................................................................26 Hình 3.5: Cài đặt giá trị ban đầu. .............................................................................27 Hình 3.6: Cài đặt điều kiện biên cho mô hình truyền nhiệt .....................................28 Hình 3.7. Cài đặt vật liệu cho mô hình .....................................................................28 Hình 3.8. Kết quả phân lưới. ....................................................................................29 Hình 3.9. Lựa chọn lời giải cho mô hình..................................................................29 Hình 3.10: Phân bố vận tốc trong các kênh mini .....................................................30 Hình 3.11: Trường nhiệt độ ở các biên của bộ trao đổi nhiệt. .................................30 Hình 3.12: Trường nhiệt độ của dòng nước trong bộ trao đổi nhiệt ........................31 Hình 3.13: Phân bố áp suất trong dòng nước ...........................................................31 Hình 4.1: Bộ trao đổi nhiệt kênh Mini .....................................................................32 Hình 4.2: So sánh kích thước hai bộ trao đổi nhiệt kênh mini .................................33 Hình 4.3: Bộ trao đổi nhiệt kênh mini và két nước dùng vật liệu Nhôm .................33 Hình 4.4: Bộ trao đổi nhiệt sau khi đã hoàn thành và thử kín..................................34 Hình 4.5: Sơ đồ và lắp đặt hệ thống thí nghiệm. ......................................................35 Hình 4.6: Màn hình điều chỉnh bộ gia nhiệt.............................................................36 Hình 4.7. Màn hình hiển thị và thiết bị đo lường nhiệt độ. ......................................37 Hình 5.1: Trường nhiệt độ của bộ tản nhiệt kênh mini 5 pass .................................40 Hình 5.2: Biên dạng của gradient nhiệt độ của bộ tản nhiệt loại 5 pass ..................41 Hình 5.3. Độ chênh lệch nhiệt độ của kênh mini 5 pass và kênh mini 3 pass ở vận tốc gió 0,8m/s ............................................................................................................42 Hình 5.4: Nhiệt lượng trao đổi giữa nước và không khí ở kênh mini 5 pass và kênh mini 3 pass ở cùng vận tốc gió 0,8 m/s. ....................................................................43 xi Hình 5.5: Độ chênh lệch nhiệt độ của kênh mini 5 pass và kênh mini 3 pass ở vận tốc gió 1,2 m/s ...........................................................................................................43 Hình 5.6: Nhiệt lượng trao đổi giữa nước và không khí ở kênh mini 5 pass và kênh mini 3 pass ở cùng vận tốc gió 1,2 m/s. ....................................................................44 Hình 5.7: Độ chênh lệch nhiệt độ của kênh mini 5 pass và kênh mini 3 pass ở vận tốc gió 2,2 m/s ...........................................................................................................45 Hình 5.8. Nhiệt lượng trao đổi giữa nước và không khí ở kênh mini 5 pass và kênh mini 3 pass ở cùng vận tốc gió là 2,2 m/s. ................................................................46 Hình 5.9. Độ chênh nhiệt độ của kênh mini 5 pass và kênh mini 3 pass ở cùng vận tốc gió 3 m/s. .............................................................................................................47 Hình 5.10. Nhiệt lượng trao đổi giữa nước và không khí ở kênh mini 5 pass và kênh mini 3 pass ở cùng vận tốc gió 3m/s .........................................................................48 Hình 5.11. Độ chênh lệch nhiệt độ của kênh mini 5 pass và kênh mini 3 pass ở cùng vận tốc gió 3,5 m/s. ...................................................................................................49 Hình 5.12. Nhiệt lượng trao đổi giữa nước và không khí ở kênh mini 5 pass và kênh mini 3 pass ở cùng vận tốc gió 3,5 m/s .....................................................................49 Hình 5.13. Độ chênh lệch nhiệt độ ở kênh mini 5 pass và kênh mini 3 pass ở lưu lượng 1,64 g/s. ...........................................................................................................50 Hình 5.14. Nhiệt lượng trao đổi giữa nước và không khí ở kênh mini 5 pass và kênh mini 3 pass ở cùng lưu lượng 1,64 g/s. .....................................................................51 Hình 5.15. Độ chênh lệch nhiệt độ của kênh mini 5 pass và kênh mini 3 pass ở cùng lưu lượng 2,46 g/s. ....................................................................................................52 Hình 5.16. Nhiệt lượng trao đổi giữa nước và không khí ở kênh mini 5 pass và kênh mini 3 pass ở cùng lưu lượng 2,46 g/s ......................................................................53 Hình 5.17. Độ chênh nhiệt độ của kênh mini 5pass và kênh mini 3 pass ở cùng lưu lượng 3,28 g/s. ...........................................................................................................54 Hình 5.18. Nhiệt lượng trao đổi giữa nước và không khí ở kênh mini 5 pass và kênh mini 3 pass ở cùng lưu lượng là 3,28 g/s. .................................................................55 Hình 5.19. Độ chênh nhiệt độ của kênh mini 5 pass và kênh mini 3 pass ở cùng lưu lượng 4,1 g/s. .............................................................................................................56 xii Hình 5.20. Nhiệt lượng trao đổi giữa nước và không khí ở kênh mini 5 pass và kênh mini 3 pass ở cùng lưu lượng 4,1 g/s ........................................................................57 Hình 5.21. Độ chênh nhiệt độ giữa hỗn hợp nước-ethylene và nước cho bộ tản nhiệt kênh mini 5 pass. .......................................................................................................57 Hình 5.22. Độ chênh nhiệt độ giữa kênh mini 5 pass và kênh mini 3 pass dùng hỗn hợp nước-ethylene. ....................................................................................................58 Hình 5.23. So sánh giữa kết quả thực nghiệm và mô phỏng số tại vận tốc gió 3m/s ...................................................................................................................................59 Hình 5.24. So sánh giữa kết quả thực nghiệm và mô phỏng số tại lưu lượng khối lượng 4,1g/s. ..............................................................................................................60 xiii DANH MỤC BẢNG BIỂU TRANG Bảng 2.1: Các hằng số mô hình dòng chảy rối .........................................................23 Bảng 4.1: Độ chính xác và các dải thang đo của dụng cụ thử nghiệm ....................37 Bảng 1.1: Kết quả thực nghiệm [1] .........................................................................69 Bảng 1.2: Tóm tắt kết quả CFD................................................................................69 Bảng 1.3: So sánh giữa kết quả thực nghiệm và kết quả CFD .................................70 Bảng 1.4: Kết quả ảnh hưởng của khoảng cách. ......................................................71 Bảng 2.2. Kết quả mô phỏng số học bằng COMSOL Multiphysics ........................71 Bảng 2.3. Tổng hợp kết quả thực nghiệm.................................................................72 Bảng 2.4. So sánh giữa kết quả thực nghiệm và mô phỏng .....................................73 xiv CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1. Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay, giao thông ở Việt Nam chủ yếu sử dụng xe máy để di chuyển. Trên thị trường có rất nhiều loại xe của những hãng xe khác nhau nhưng có 2 loại chính là: xe số và xe tay ga. Xe tay ga được ưa chuộng hơn vì hệ thống truyền động vô cấp cho phép người sử dụng không cần sang số khi tăng tốc, dễ di chuyển trên đường phố. Để có những ưu điểm đó thì hệ thống làm mát trên xe tay ga cũng có nhiều khác biệt so với xe số. Toàn bộ thân bao kín, động cơ đặt ở giữa, tốc độ lưu thông không khí thấp dù xe chuyển động ở tốc độ cao, không tận dụng được dòng không khí cưỡng bức từ chuyển động của xe để làm mát động cơ. Ngoài ra, hầu hết xe tay ga đều sử dụng hệ truyền động vô cấp. So với loại truyền động xích trên xe số thì hệ thống này sinh ra nhiều nhiệt hơn. Nhà sản xuất thường lựa chọn một trong hai giải pháp: dùng quạt thổi gió cưỡng bức vào động cơ hoặc thiết kế hệ thống làm mát bằng dung dịch. Với kiểu thổi gió cưỡng bức, động cơ truyền công suất làm quay quạt. Không khí từ bên ngoài được hút vào, chạy theo các đường hướng gió làm mát thân máy. Động cơ hoạt động thì quạt quay do đó làm giảm công suất của động cơ. Nên để đạt được cùng một hiệu suất động cơ thì loại xe này thường có dung tích xylanh lớn hơn. Tuy nhiên, hệ số tỏa nhiệt đối lưu của không khí nhỏ hơn rất nhiều so với hệ số tỏa nhiệt đối lưu của dung dịch. Ngoài ra, nó cũng phải tính đến ảnh hưởng của lượng hơi nóng tỏa ra khi động cơ được làm mát bằng gió. Trong khi đó, động cơ làm mát bằng dung dịch với khả năng kiểm soát quá trình đốt nhiên liệu tốt hơn cũng như hiệu suất hoạt động và độ ổn định cao hơn so với giải pháp làm mát bằng gió cưỡng bức. Hệ thống làm mát bằng dung dịch đã được sử dụng trên một số dòng xe mới như: Air Blade, SH, Lead, Nouvo LX… Tuy nhiên trên thực tế, két nước làm mát trên xe tay ga vẫn còn một số nhược điểm như: các cánh tản nhiệt thì mỏng dễ bị móp méo, dễ bị bám bẩn. Bên 1 cạnh đó, các cánh tản nhiệt này được hàn vào ống dẫn dung dịch nên khả năng truyền nhiệt kém hơn so với các cánh tản nhiệt liền khối. Thêm vào đó bộ tản nhiệt két nước của các nhà sản xuất hiện nay phải cần một quạt gió để tản nhiệt nên tiêu hao một phần công suất của động cơ, làm giảm hiệu suất của động cơ. Ngoài ra bộ tản nhiệt này vẫn dừng lại ở kết cấu dạng Macro nên còn cồng kềnh, hiệu quả truyền nhiệt chưa cao và giá thành đắt. Từ những nhược điểm trên, công nghệ truyền nhiệt Mini/Microchannel thể hiện rõ tính ưu việt của mình trong trường hợp này. Bộ tản nhiệt két nước của nhà sản xuất sẽ được thay thế bằng bộ tản nhiệt kênh mini sử dụng công nghệ dán UV light. Bộ trao đổi nhiệt kênh mini này sẽ nhỏ gọn hơn và tận dụng được dòng gió cưỡng bức từ chuyển động của xe mà không cần quạt gió và hiệu quả truyền nhiệt lại cao hơn hẳn so với bộ trao đổi nhiệt trên xe dạng Macro. Dưới dự hướng dẫn của thầy PGS.TS Đặng Thành Trung, học viên quyết định thực hiện đề tài “Mô phỏng số quá trình truyền nhiệt trong bộ trao đổi nhiệt kênh mini dùng để thay thế két nƣớc trong xe tay ga”. Đề tài nghiên cứu và mô phỏng quá trình truyền nhiệt trên bộ trao đổi nhiệt kênh mini với mục đích cải tiến nâng cao hiệu suất giải nhiệt của két nước xe tay ga, làm cho động cơ hoạt động ổn định, nâng cao hiệu suất làm việc của động cơ, tiết kiệm nhiên liệu, tận dụng được dòng gió cưỡng bức từ chuyển động của xe để thay thế quạt làm mát, kết cấu gọn nhẹ và độ bền cao làm tăng độ tin cậy cho hệ thống. 1.2. Tổng quan các nghiên cứu liên quan 1.2.1. Nghiên cứu ngoài nước Xuất phát từ quá trình làm việc của động cơ đốt trong, nhiệt truyền cho các chi tiết máy tiếp xúc với khí cháy (piston, xéc măng, nấm xupap, thành xylanh) chiếm khoảng 25%  35% nhiệt lượng do nhiên liệu cháy trong buồng cháy tỏa ra. Vì vậy các chi tiết thường bị đốt nóng mãnh liệt: nhiệt độ đỉnh piston có thể lên tới 600oC, nhiệt độ nấm xupap có thể lên tới 900oC. Hình 1.1 thể hiện sự phân bố năng lượng trên xe. Trong đó bao gồm 30% là tải nhiệt làm mát, 35% là tải nhiệt theo khí thải và 35% là năng lượng nhiệt có ít 2 Hình 1.1: Sự phân bố năng lượng trên xe Các kết quả nghiên cứu liên quan đến hệ thống làm mát trên xe ô tô và xe gắn máy cũng đã được một số nhà khoa học nghiên cứu. Trivedi và Vasava [1] sử dụng phần mềm mô phỏng số ANSYS 12.1 để phân tích dòng chảy lưu chất và truyền nhiệt trong két nước làm mát ô tô. Kết quả phân tích cho thấy rằng khi khoảng cách giữa các ống giảm hoặc tăng, giảm tốc độ truyền nhiệt. Hiểu quả tối ưu cho hệ số truyền nhiệt khi khoảng cách giữa các ống là 12 mm. Kết quả thực nghiệm được thể hiện trong bảng 1.1. Kết quả phân tích bằng CFD nhiệt độ đầu vào và đầu ra của ống được thể hiện trong hình 1.2 và hình 1.3. Hình 1.2: Nhiệt độ đầu vào của ống 950C 3 Hình 1.3: Nhiệt độ đầu ra của ống 86,940C Kết quả nhiệt độ hai mặt bên của két nước được thể hiện trong hình 1.4 và 1.5 với các thông số thể hiện ở bảng 1.2 - 1.4. Hình 1.4: Nhiệt độ mặt bên đầu vào 350C 4
- Xem thêm -