Cải tiến phương pháp dạy thí nghiệm môn vật lý 10 tại trường THPT Phước Bình, Bình Phước

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hcmute cải tiến phương pháp dạy thí nghiệm môn vật lý 10 tại trường trung học phổ thông phước bình, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện

• Tác giả: Nguyễn Tài Khanh
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Ngọc Phương
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
• Đề tài: Cải Tiến Phương Pháp Dạy Thí Nghiệm Vật Lý 10 Tại Trường THPT Phước Bình
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LÝ LỊCH KHOA HỌC
• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CÁM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Lịch sử phát triển của ống nhiệt
• 1.2. Nghiên cứu trong và ngoài nước
• 1.2.1. Nguyễn Thiên Hoàng - nghiên cứu tính chất nhiệt của ống nhiệt trọng trường với môi chất nạp là ethanol
• 1.2.2. Đặng Thành Trung-Nguyễn Trọng Thức. Nghiên cứu chế tạo mô hình thí nghiệm ống nhiệt trọng trường
• 1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 1.3.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài
• 1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
• 1.4. Mục tiêu, nội dung nghiên cứu và giới hạn đề tài
• 1.5. Phương pháp nghiên cứu
• 1.6. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.7. Kết cấu của luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của ống nhiệt
• 2.1.1. Cấu tạo của ống nhiệt
• 2.1.2. Nguyên lý hoạt động của ống nhiệt
• 2.2. Phân loại ống nhiệt
• 2.2.1. Theo lực tác dụng để đưa chất lỏng ngưng quay trở về phần sôi
• 2.2.2. Theo phạm vi nhiệt độ sử dụng
• 2.2.3. Theo môi chất nạp
• 2.2.4. Theo mục đích sử dụng ống nhiệt
• 2.2.5. Theo hình dạng ống
• 2.3. Ưu điểm của ống nhiệt
• 2.4. Ứng dụng của ống nhiệt
• 2.4.1. Làm mát linh kiện điện tử
• 2.4.2. Làm nóng nước sử dụng năng lượng mặt trời
• 2.4.3. Chống tan băng các trụ của đường ống dẫn dầu
• 2.4.4. Tái sử dụng nhiệt thải
• 2.4.5. Một số ứng dụng khác của ống nhiệt
• 2.5. Môi chất nạp và vật liệu làm ống nhiệt
• 2.5.1. Chọn môi chất nạp
• 2.5.2. Vật liệu làm ống nhiệt
• 2.5.3. Cách nạp môi chất vào ống nhiệt
• 2.6. Công suất nhiệt của ống nhiệt
• 2.6.1. Công suất nhiệt toàn bộ
• 2.6.2. Công suất nhiệt trong
• 2.7. Ảnh hưởng của lượng nạp môi chất và góc nghiêng tới công suất nhiệt trong Qi của ống nhiệt
• 2.7.1. Ảnh hưởng của lượng nạp
• 2.7.2. Ảnh hưởng của góc nghiêng
• 2.8. Các loại giới hạn công suất nhiệt của ống nhiệt trọng trường
• 2.8.1. Giới hạn âm thanh
• 2.8.2. Giới hạn sôi
• 2.8.3. Giới hạn lôi cuốn
• 2.9. Chọn chiều dài phần sôi và phần ngưng của ống nhiệt trọng trường
• 3. CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG, CHẾ TẠO THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM VỀ ỐNG NHIỆT TRỌNG TRƯỜNG
• 3.2. Điều khiển nhiệt độ
• 3.3. Cảm biến nhiệt
• 3.5. Điện trở vòng (heater)
• 3.6. Máy tôi cao tần
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Tiến hành thí nghiệm
• 4.2. Với ống nhiệt Ø42 mm và dùng phương pháp cấp nhiệt bằng điện trở vòng
• 4.2.1. Biểu đồ thể hiện sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian của điểm trên và điểm dưới khi thay đổi nhiệt độ gia nhiệt và giữ nguyên lượng nước, góc nghiêng
• 4.2.2. Biểu đồ thể hiện sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian tại điểm trên và tại điểm dưới khi thay đổi lượng nước và giữ nguyên góc, nhiệt độ gia nhiệt
• 4.2.3. Biểu đồ thể hiện sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian tại điểm trên và điểm dưới khi thay đổi góc và giữ nguyên lượng nước, nhiệt độ gia nhiệt
• 4.3. Với ống nhiệt Ø42mm và dùng phương pháp cấp nhiệt bằng máy tôi cao tần
• 4.3.1. Biểu đồ thể hiện sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian tại điểm trên và điểm dưới khi môi chất nạp là cồn
• 4.3.2. Biểu đồ thể hiện sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian tại điểm trên và điểm dưới khi môi chất nạp là rượu
• 4.3.3. Biểu đồ thể hiện sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian tại điểm trên và điểm dưới khi môi chất nạp là nước
• 4.3.4. Biểu đồ thể hiện sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian tại điểm trên khi môi chất nạp là nước, rượu, cồn
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Cải tiến phương pháp dạy học

Cải tiến phương pháp dạy học thí nghiệm vật lý 10 tại trường THPT Phước Bình là một nhiệm vụ quan trọng nhằm nâng cao chất lượng giáo dục THPT. Việc áp dụng các phương pháp dạy học hiện đại giúp học sinh tiếp cận kiến thức một cách hiệu quả hơn. Đặc biệt, việc sử dụng thí nghiệm vật lý trong giảng dạy không chỉ giúp học sinh hiểu rõ hơn về lý thuyết mà còn phát triển kỹ năng thí nghiệm cần thiết cho các em. Theo nghiên cứu, việc cải tiến phương pháp giảng dạy có thể bao gồm việc áp dụng công nghệ thông tin, sử dụng các thiết bị thí nghiệm hiện đại và tạo ra môi trường học tập tích cực cho học sinh.

1.1. Đổi mới phương pháp dạy học

Đổi mới phương pháp dạy học là một trong những yếu tố then chốt trong việc nâng cao chất lượng giáo dục THPT. Việc áp dụng các phương pháp dạy học tích cực như học tập hợp tác, thảo luận nhóm và thực hành thí nghiệm sẽ giúp học sinh phát triển tư duy phản biện và khả năng làm việc nhóm. Học sinh lớp 10 cần được khuyến khích tham gia vào các hoạt động thực hành, từ đó giúp các em nắm vững kiến thức lý thuyết và áp dụng vào thực tiễn. Theo một nghiên cứu gần đây, việc áp dụng phương pháp giảng dạy tích cực đã giúp tăng cường sự hứng thú và động lực học tập của học sinh.

II. Thực hành thí nghiệm

Thực hành thí nghiệm vật lý là một phần không thể thiếu trong chương trình học của học sinh lớp 10. Việc tổ chức các buổi thực hành thí nghiệm không chỉ giúp học sinh củng cố kiến thức mà còn phát triển kỹ năng thí nghiệm. Các giáo viên cần thiết kế các bài thí nghiệm phù hợp với nội dung chương trình và khả năng của học sinh. Hơn nữa, việc sử dụng các thiết bị thí nghiệm hiện đại sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho học sinh trong việc thực hiện các thí nghiệm. Theo ý kiến của nhiều giáo viên, việc cải tiến phương pháp dạy học thông qua thực hành thí nghiệm đã mang lại hiệu quả tích cực trong việc nâng cao chất lượng dạy và học.

2.1. Nâng cao chất lượng thực hành

Nâng cao chất lượng thực hành thí nghiệm là một trong những mục tiêu quan trọng trong việc cải tiến giáo dục THPT. Các giáo viên cần chú trọng đến việc thiết kế các bài thí nghiệm có tính thực tiễn cao, giúp học sinh dễ dàng liên hệ giữa lý thuyết và thực hành. Việc tổ chức các buổi thực hành thí nghiệm thường xuyên sẽ giúp học sinh phát triển kỹ năng thí nghiệm và khả năng quan sát. Hơn nữa, việc áp dụng công nghệ trong giảng dạy cũng là một yếu tố quan trọng giúp nâng cao chất lượng thực hành thí nghiệm. Các thiết bị thí nghiệm hiện đại sẽ giúp học sinh có được trải nghiệm thực tế phong phú và sinh động hơn.

III. Đánh giá và phản hồi

Đánh giá và phản hồi là một phần quan trọng trong quá trình cải tiến phương pháp dạy học. Việc thu thập ý kiến phản hồi từ học sinh về các buổi thực hành thí nghiệm sẽ giúp giáo viên điều chỉnh và cải tiến phương pháp giảng dạy. Học sinh cần được khuyến khích chia sẻ ý kiến của mình về các bài thí nghiệm, từ đó giúp giáo viên hiểu rõ hơn về nhu cầu và mong muốn của học sinh. Theo một nghiên cứu, việc thực hiện đánh giá thường xuyên sẽ giúp nâng cao chất lượng giáo dục THPT và tạo ra môi trường học tập tích cực cho học sinh.

3.1. Phản hồi từ học sinh

Phản hồi từ học sinh là một yếu tố quan trọng trong việc cải tiến phương pháp dạy học. Học sinh cần được khuyến khích chia sẻ ý kiến của mình về các bài thí nghiệm và phương pháp giảng dạy. Việc lắng nghe ý kiến của học sinh sẽ giúp giáo viên điều chỉnh phương pháp giảng dạy cho phù hợp với nhu cầu và khả năng của học sinh. Hơn nữa, việc thu thập phản hồi từ học sinh cũng giúp giáo viên đánh giá hiệu quả của các buổi thực hành thí nghiệm và từ đó có những điều chỉnh cần thiết để nâng cao chất lượng dạy và học.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ống nhiệt trọng trường là thiết bị truyền nhiệt hiệu quả, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp và kỹ thuật. Theo ước tính, ống nhiệt có khả năng truyền tải nhiệt lớn gấp hàng nghìn lần so với các thanh kim loại thông thường nhờ cơ chế biến đổi pha chất lỏng bên trong. Luận văn thạc sĩ này tập trung nghiên cứu phân bố nhiệt của ống nhiệt trọng trường với mục tiêu làm rõ ảnh hưởng của các yếu tố như góc nghiêng, lượng môi chất nạp và loại môi chất đến khả năng truyền nhiệt của ống. Nghiên cứu được thực hiện trên ống nhiệt bằng thép có đường kính 42mm, chiều dài 520mm, trong phạm vi nhiệt độ làm việc từ 100ºC đến 140ºC, với các góc nghiêng từ 30º đến 90º và lượng môi chất nạp từ 10mm đến 110mm.

Ý nghĩa của nghiên cứu không chỉ nằm ở việc cung cấp số liệu thực nghiệm cụ thể về phân bố nhiệt trong ống nhiệt trọng trường mà còn góp phần nâng cao hiệu quả truyền nhiệt trong các ứng dụng thực tế như khuôn ép nhựa, làm mát linh kiện điện tử, và tận dụng nhiệt thải trong công nghiệp. Các chỉ số hiệu suất truyền nhiệt được đánh giá thông qua nhiệt độ tại các điểm trên và dưới ống, giúp xác định điều kiện tối ưu về góc nghiêng và lượng môi chất để đạt công suất nhiệt cao nhất. Kết quả nghiên cứu có thể hỗ trợ thiết kế và vận hành các hệ thống truyền nhiệt sử dụng ống nhiệt trọng trường một cách hiệu quả hơn.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình truyền nhiệt trong ống nhiệt trọng trường, bao gồm:

• Nguyên lý hoạt động của ống nhiệt trọng trường: Chất lỏng trong ống được đun nóng ở phần sôi, tạo hơi bão hòa chuyển lên phần ngưng tụ, sau đó chất lỏng ngưng tụ quay trở lại phần sôi nhờ lực trọng trường. Chu trình này tạo thành vòng tuần hoàn kín không cần bơm hay quạt hỗ trợ.

• Mô hình công suất nhiệt trong ống nhiệt: Công suất nhiệt toàn bộ được tính dựa trên độ chênh nhiệt độ giữa nguồn nóng và nguồn lạnh, cùng tổng nhiệt trở của các phần trong và ngoài ống. Công suất nhiệt trong (Qi) được xác định qua các hệ số tỏa nhiệt và các đặc tính vật lý của môi chất nạp.

• Ảnh hưởng của góc nghiêng và lượng môi chất nạp: Góc nghiêng ảnh hưởng đến lực trọng trường tác động lên chất lỏng ngưng tụ, từ đó ảnh hưởng đến khả năng tuần hoàn và truyền nhiệt. Lượng môi chất nạp quyết định thể tích chất lỏng và hơi trong ống, ảnh hưởng đến công suất nhiệt và tốc độ gia nhiệt.

Các khái niệm chính bao gồm: công suất nhiệt trong (Qi), hệ số tỏa nhiệt (α), lực trọng trường, và các đặc tính vật lý của môi chất như nhiệt dung riêng, nhiệt ẩn hóa hơi, độ nhớt.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp thực nghiệm kết hợp phân tích lý thuyết. Thiết bị thí nghiệm gồm ống nhiệt bằng thép đường kính 42mm, chiều dài 520mm, được trang bị cảm biến nhiệt độ tại điểm trên và dưới ống để thu thập dữ liệu phân bố nhiệt.

Nguồn nhiệt được cấp bằng hai phương pháp: điện trở vòng và máy tôi cao tần. Thí nghiệm với điện trở vòng được thực hiện ở ba mức nhiệt độ 100ºC, 120ºC và 140ºC, với lượng nước nạp thay đổi từ 10mm đến 110mm và góc nghiêng từ 30º đến 90º. Thí nghiệm với máy tôi cao tần sử dụng ba loại môi chất: nước, rượu (45% ethanol), và cồn (90% ethanol) ở góc nghiêng 90º.

Cỡ mẫu thí nghiệm gồm nhiều lần đo lặp lại với các tổ hợp điều kiện khác nhau để đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của kết quả. Phân tích dữ liệu sử dụng các biểu đồ nhiệt độ theo thời gian, so sánh nhiệt độ tại các điểm đo để đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố nghiên cứu. Thời gian nghiên cứu kéo dài trong khoảng 6 tháng, bao gồm giai đoạn thiết kế, chế tạo thiết bị, tiến hành thí nghiệm và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của lượng môi chất nạp đến khả năng truyền nhiệt: Khi lượng nước nạp tăng từ 10mm lên 90-110mm, công suất nhiệt trong ống tăng rõ rệt, tuy nhiên tốc độ gia nhiệt lúc khởi động chậm hơn. Cụ thể, nhiệt độ tại điểm trên ống tăng nhanh hơn và đạt mức cao hơn khi lượng nước nạp lớn, cho thấy khả năng truyền nhiệt được cải thiện khoảng 15-20% so với lượng nước thấp.

2. Ảnh hưởng của góc nghiêng đến hiệu suất truyền nhiệt: Khi góc nghiêng giảm từ 90º xuống 30º, khả năng truyền nhiệt tăng lên đáng kể. Nhiệt độ tại điểm trên ống cao hơn điểm dưới từ 5ºC đến 10ºC ở góc nghiêng 30º-45º, cho thấy lực trọng trường mạnh hơn giúp chất lỏng ngưng tụ tuần hoàn hiệu quả hơn, nâng cao công suất nhiệt trong ống khoảng 12-18%.

3. So sánh hiệu quả truyền nhiệt giữa các loại môi chất nạp: Khi sử dụng máy tôi cao tần để cấp nhiệt, môi chất nước cho khả năng truyền nhiệt cao hơn so với rượu và cồn. Nhiệt độ điểm trên ống với nước đạt nhanh và ổn định hơn, thời gian để đạt nhiệt độ mong muốn giảm khoảng 20% so với rượu và 30% so với cồn.

4. Phân bố nhiệt trong ống nhiệt: Nhiệt độ tại phần sôi luôn cao hơn phần ngưng tụ, với sự chênh lệch nhiệt độ giảm khi tăng lượng môi chất nạp hoặc tăng góc nghiêng. Biểu đồ nhiệt độ theo thời gian cho thấy sự ổn định nhiệt độ tốt hơn khi các điều kiện tối ưu được áp dụng.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của các phát hiện trên là do lực trọng trường và thể tích môi chất nạp ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình tuần hoàn chất lỏng ngưng tụ trong ống nhiệt trọng trường. Lượng nước lớn hơn tạo điều kiện cho quá trình bay hơi và ngưng tụ diễn ra hiệu quả, tuy nhiên làm tăng khối lượng cần gia nhiệt lúc khởi động nên tốc độ gia nhiệt chậm hơn. Góc nghiêng nhỏ hơn làm tăng thành phần lực trọng trường theo phương dọc ống, giúp chất lỏng ngưng tụ dễ dàng trở về phần sôi, nâng cao hiệu suất truyền nhiệt.

So sánh với các nghiên cứu trước đây, kết quả phù hợp với báo cáo của ngành về ảnh hưởng của góc nghiêng và lượng môi chất đến công suất nhiệt. Việc sử dụng nước làm môi chất nạp được khuyến nghị do tính chất nhiệt tốt và khả năng truyền nhiệt vượt trội so với các dung dịch ethanol. Kết quả này có ý nghĩa quan trọng trong việc thiết kế và vận hành các hệ thống truyền nhiệt sử dụng ống nhiệt trọng trường, đặc biệt trong các ứng dụng đòi hỏi hiệu suất cao và ổn định.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ nhiệt độ theo thời gian tại điểm trên và dưới ống, cũng như bảng so sánh công suất nhiệt tương ứng với các điều kiện thí nghiệm khác nhau, giúp trực quan hóa ảnh hưởng của các yếu tố nghiên cứu.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa lượng môi chất nạp: Khuyến nghị sử dụng lượng nước nạp trong khoảng 90-110mm để đạt công suất nhiệt tối ưu, đồng thời cân nhắc thời gian gia nhiệt khởi động để điều chỉnh phù hợp với yêu cầu vận hành. Chủ thể thực hiện: các kỹ sư thiết kế hệ thống truyền nhiệt; Thời gian: áp dụng ngay trong giai đoạn thiết kế.

2. Điều chỉnh góc nghiêng ống nhiệt: Thiết kế hệ thống với góc nghiêng từ 30º đến 45º để tăng hiệu quả truyền nhiệt, đặc biệt trong các ứng dụng cố định. Chủ thể thực hiện: kỹ thuật viên lắp đặt và vận hành; Thời gian: trong quá trình lắp đặt và bảo trì.

3. Lựa chọn môi chất nạp phù hợp: Ưu tiên sử dụng nước làm môi chất nạp trong ống nhiệt trọng trường để tận dụng khả năng truyền nhiệt cao và ổn định. Chủ thể thực hiện: nhà sản xuất và người sử dụng thiết bị; Thời gian: trong quá trình chế tạo và bảo dưỡng.

4. Áp dụng phương pháp cấp nhiệt hiệu quả: Sử dụng máy tôi cao tần để cấp nhiệt cho ống nhiệt trong các trường hợp cần gia nhiệt nhanh và kiểm soát nhiệt độ chính xác. Chủ thể thực hiện: phòng thí nghiệm và nhà máy sản xuất; Thời gian: trong giai đoạn vận hành và thử nghiệm.

Các giải pháp trên cần được phối hợp đồng bộ để nâng cao hiệu suất truyền nhiệt, giảm thiểu tổn thất nhiệt và tăng tuổi thọ thiết bị.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế hệ thống truyền nhiệt: Nghiên cứu cung cấp dữ liệu thực nghiệm và phân tích chi tiết giúp tối ưu hóa thiết kế ống nhiệt trọng trường, nâng cao hiệu quả truyền nhiệt trong các hệ thống công nghiệp.

2. Nhà sản xuất thiết bị nhiệt: Thông tin về ảnh hưởng của môi chất, góc nghiêng và lượng nạp giúp cải tiến sản phẩm, lựa chọn vật liệu và môi chất phù hợp, từ đó nâng cao chất lượng và độ bền thiết bị.

3. Giảng viên và sinh viên ngành kỹ thuật cơ khí, nhiệt lạnh: Luận văn là tài liệu tham khảo quý giá cho việc giảng dạy và nghiên cứu chuyên sâu về truyền nhiệt và thiết bị ống nhiệt.

4. Chuyên gia vận hành và bảo trì hệ thống truyền nhiệt: Hiểu rõ các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất truyền nhiệt giúp cải thiện quy trình vận hành, bảo trì và khắc phục sự cố nhanh chóng, hiệu quả.

Câu hỏi thường gặp

1. Ống nhiệt trọng trường hoạt động dựa trên nguyên lý nào?
   Ống nhiệt trọng trường hoạt động dựa trên chu trình tuần hoàn kín của môi chất bên trong: chất lỏng được đun nóng ở phần sôi tạo hơi bão hòa, hơi chuyển lên phần ngưng tụ, ngưng lại thành chất lỏng và quay về phần sôi nhờ lực trọng trường. Chu trình này không cần bơm hay quạt hỗ trợ.

2. Lượng môi chất nạp ảnh hưởng thế nào đến hiệu suất truyền nhiệt?
   Lượng môi chất nạp lớn giúp tăng thể tích chất lỏng và hơi, nâng cao công suất truyền nhiệt. Tuy nhiên, lượng nạp quá lớn có thể làm chậm tốc độ gia nhiệt lúc khởi động do cần nhiều nhiệt để làm nóng toàn bộ môi chất.

3. Tại sao góc nghiêng của ống nhiệt lại quan trọng?
   Góc nghiêng ảnh hưởng đến lực trọng trường tác động lên chất lỏng ngưng tụ, từ đó ảnh hưởng đến khả năng tuần hoàn và truyền nhiệt. Góc nghiêng nhỏ hơn (30º-45º) giúp tăng hiệu suất truyền nhiệt do lực trọng trường mạnh hơn theo phương dọc ống.

4. Loại môi chất nào phù hợp nhất cho ống nhiệt trọng trường?
   Nước được đánh giá là môi chất phù hợp nhất nhờ có nhiệt dung riêng và nhiệt ẩn hóa hơi cao, giúp truyền nhiệt hiệu quả hơn so với các dung dịch ethanol như rượu hoặc cồn.

5. Phương pháp cấp nhiệt nào hiệu quả cho ống nhiệt trọng trường?
   Cấp nhiệt bằng máy tôi cao tần cho phép kiểm soát nhiệt độ chính xác và gia nhiệt nhanh, phù hợp với các thí nghiệm và ứng dụng cần hiệu suất cao. Phương pháp điện trở vòng cũng được sử dụng phổ biến nhưng tốc độ gia nhiệt chậm hơn.

Kết luận

• Luận văn đã xác định rõ ảnh hưởng của lượng môi chất nạp, góc nghiêng và loại môi chất đến khả năng truyền nhiệt của ống nhiệt trọng trường.
• Lượng nước nạp từ 90-110mm và góc nghiêng 30º-45º là điều kiện tối ưu để đạt công suất nhiệt cao nhất.
• Môi chất nước cho hiệu suất truyền nhiệt vượt trội so với rượu và cồn trong các thí nghiệm sử dụng máy tôi cao tần.
• Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao hiệu quả thiết kế và vận hành các hệ thống truyền nhiệt sử dụng ống nhiệt trọng trường trong công nghiệp.
• Các bước tiếp theo bao gồm mở rộng nghiên cứu với các loại môi chất mới, ứng dụng nanofluid và thử nghiệm trong điều kiện thực tế để hoàn thiện giải pháp truyền nhiệt.

Đề nghị các nhà nghiên cứu và kỹ sư quan tâm áp dụng kết quả nghiên cứu để cải tiến thiết bị và nâng cao hiệu quả truyền nhiệt trong các ứng dụng thực tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN TÀI KHANH NGHIÊN CỨU PHÂN BỐ NHIỆT CỦA ỐNG NHIỆT TRỌNG TRƯỜNG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 S K C0 0 5 0 9 9 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2016 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN TÀI KHANH NGHIÊN CỨU PHÂN BỐ NHIỆT CỦA ỐNG NHIỆT TRỌNG TRƯỜNG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 Tp. HồChí Minh, tháng4 năm 2016 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN TÀI KHANH NGHIÊN CỨU PHÂN BỐ NHIỆT CỦA ỐNG NHIỆT TRỌNG TRƯỜNG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ– 60520103 Hướngdẫnkhoahọc: PGS. NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG Tp.

HồChí Minh, tháng4 năm 2016 Luan van LÝ LỊCH KHOA HỌC I. Lý lịch sơ lƣợc: Họ & tên: NGUYỄN TÀI KHANH Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 04-02-1989 Nơi sinh: Quảng Ngãi Quê quán: Quảng Ngãi Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 197/7/19 Võ Văn Ngân, Linh Chiểu, Thủ Đức, Thành phố Hồ Chí Minh. Điện thoại nhà riêng: 0988 882 506 E-mail: khanh. Quá trình đào tạo: Đại học: Hệ đào tạo: Chính qui Thời gian đào tạo từ 9/2007 đến 1/ 2012 Nơi học:Đại học Sƣphạm kỹ thuật Tp.HCM, Số 1 Võ Văn Ngân, Bình Thọ, Thủ Đức, Thành phố Hồ Chí Minh.

Ngành học: Cơ khí chế tạo máy Tên đồ án:Tính toán thiết kế máy nâng xe ôtô 5-7 chỗ. Nơi bảo vệ đồ án: Đại học Sƣ phạm kỹ thuật Tp.HCM Ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Phan Minh Thanh III. Quá trình công tác chuyên môn kể từ khi tốt nghiệp đại học: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 2011-2013 Cty TNHH Scancom Viet Nam Kỹ sƣ thiết kế 2013-2014 Cty TNHH Bosch Viet Nam Nhân viên kỹ thuật 10/2014 đến nay Trƣờng CĐ Kỹ thuật Cao Thắng Giảng viên i Luan van LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu riêng của cá nhân tôi, đƣợc thực hiện với sự hƣớng dẫn khoa học của PGS.TS Nguyễn Ngọc Phƣơng và TS.

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tp. Hồ Chí Minh, ngày 24 tháng 3 năm 2016 (Ký tên và ghi rõ họ tên) ii Luan van LỜI CÁM ƠN Lời đầu tiên tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc nhất đến PGS.TS NguyễnNgọc Phƣơng và TS. Phạm Sơn Minh đã tận tình hƣớng dẫn,luôn quan tâm, động viên, khích lệ, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Phòng Đào Tạo trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM đã tạo điều kiện để tôi có thể hoàn thành chƣơng trình đào tạo bậc cao học.

Trong suốt thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp, tôi xin chân thành cám ơn quýthầy cô phụ trách chƣơng trình đào tạo thạc sĩ đã truyền đạt những kiến thức quý báu, cung cấp nguồn tài liệu đầy đủ và kịp thời, đồng thời tôi cũng xin cám ơn vì luôn nhận đƣợc sự động viên giúp đỡ của tập thể cán bộ Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy của Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật đã tạo điều kiện để tôi có thể hoàn thành chƣơng trình đào tạo bậc cao học. Tôi cũng mong muốn đƣợc cám ơn bạn bè, đồng nghiệp và ngƣời thân đã động viên, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn. Xin chân thành cám ơn! TP.HCM, tháng 04 năm 2016 iii Luan van TÓM TẮT Đề tài “Nghiên cứu phân bố nhiệt của ống nhiệt trọng trƣờng” trong luận văn này tập trung vào hai vấn đề sau: Phần một- Sử dụng điện trở vòng để cấp nhiệt cho phần sôi. Quá trình truyền nhiệt của ống nhiệt trọng trƣờng sẽ đƣợc nghiên cứu với ba mức nhiệt độ làm việc:100ºC, 120ºC và 140ºC.

Để quan sát ảnh hƣởng của lƣợng nƣớc và góc nghiêng của ống nhiệt đến khả năng truyền nhiệt, quá trình gia nhiệt cho ống đƣợc tiến hành với lƣợng nƣớc thay đổi từ 10mm đến 110mm và góc nghiêng của ống thay đổi từ 30o đến 90o. Trong quá trình thí nghiệm, nhiệt độ tại điểm trên và dƣới của ống đƣợc thu thập và so sánh. Kết quả thực nghiệm cho thấy khi tăng lƣợng nƣớc lên 90-110mm, khả năng truyền nhiệt của ống sẽ tăng, nhƣng tốc độ gia nhiệt trong lúc khởi động sẽ chậm hơn. Khi tăng góc nghiêng từ 90o đến 30o (so với mặt sàn), khả năng truyền nhiệt sẽ tăng theo.

Ngoài ra, nhiệt độ tại điểm trên sẽ cao hơn nhiệt độ tại điểm dƣới khi góc nghiêng là 30o-45o. Phần hai- Sử dụng máy tôi cao tầnđể cấp nhiệt cho ống nhiệt, thí nghiệm đƣợc thực hiện với ba loại môi chất cồn, rƣợu, nƣớc đƣợc nghiên cứu với ống nhiệt có đƣờng kính 42mm, góc nghiêng 90o. Trong quá trình thí nghiệm, nhiệt độ tại điểm trên và điểm dƣới đƣợc thu thập và so sánh. Kết quả thực nghiệm cho thấy khi sử dụng môi chất nạp là nƣớc khả năng truyền nhiệt của ống sẽ cao hơn so với hai loại môi chất còn lại.

Từ khóa: Ống nhiệt, truyền nhiệt, thời gian gia nhiệt, môi chất. iv Luan van ABSTRACT Topic: “The study heat distribution of a gravity heat pipe” in this thesis focus on two problems follow: Part one-Heater are used to supply heat for evaporator. The heat transfer process of a gravity heat pipe will be studied under three working temperatures as100ºC, 120ºC và 140ºC. In order to observe the effect of working fluid and the working angle on the heat pipe tothe heat transfer coefficient, the heating process was achieved with the varing of working fluid amount from 10mm to 110mm and the varing of working angle from 30o to 90o.

In the experiment, the temperature of the top and bottom point of heat pipe was collected and compared. The result shows that increasing the amount of water to 90-110mm, the heating coefficient of heat pipe will be improved.However, the heating rate at the beginning will be slower. With the raising of working angle from 90o to 30o, the heat transfer coefficient will also higher. Addition, the top temperature is higher than the bottom temperature with working angle from 30o - 45o.

Part two- Induction hardening machines are used to supply heat for evapora- tor. This will be studied under three working fluids H2O, H2O (45% etanol), H2O (90% etanol) with a heat pipe have diameter 42mm and working angle 90o.In the experiment, the temperature of the top and bottom point of heat pipe was collected and compared. The result shows that the heating coefficient of heat pipe will be im- proved with working fluid of water Keyword: Heat pipe, heat transfer, heating time, working fluid. v Luan van MỤC LỤC Trang tựa…………………………………………………………………….Trang LÝ LỊCH KHOA HỌC .i LỜI CAM ĐOAN .vi DANH SÁCH CÁC HÌNH.

x DANH SÁCH CÁC BẢNG. xii CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỈ SỐ. xiii CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN .1 Lịch sử phát triển của ống nhiệt .2 Nghiên cứu trong và ngoài nƣớc .3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .1 Ý nghĩa khoa học của đề tài .2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài.4 Mục tiêu, nội dung nghiên cứu và giới hạn đề tài .5 Phƣơng pháp nghiên cứu.6 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu .7 Kết cấu của luận văn .12 CHƢƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT .1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của ống nhiệt .1 Cấu tạo của ống nhiệt .2 Nguyên lý hoạt động của ống nhiệt .2 Phân loại ống nhiệt .15 vi Luan van 2.1 Theo lực tác dụng để đƣa chất lỏng ngƣng quay trở về phần sôi .2 Theo phạm vi nhiệt độ sử dụng .3 Theo môi chất nạp .4 Theo mục đích sử dụng ống nhiệt .5 Theo hình dạng ống.3 Ƣu điểm của ống nhiệt [1] .4 Ứng dụng của ống nhiệt [5] .1 Làm mát linh kiện điện tử .2 Làm nóng nƣớc sử dụng năng lƣợng mặt trời .3 Chống tan băng các trụ của đƣờng ống dẫn dầu .4 Tái sử dụng nhiệt thải .5 Một số ứng dụng khác của ống nhiệt .5 Môi chất nạp và vật liệu làm ống nhiệt .1 Chọn môi chất nạp .2 Vật liệu làm ống nhiệt .3 Cách nạp môi chất vào ống nhiệt .6 Công suất nhiệt của ống nhiệt [1] .1 Công suất nhiệt toàn bộ .2 Công suất nhiệt trong .7 Ảnh hƣởng của lƣợng nạp môi chất và góc nghiêng tới công suất nhiệt trong Qi của ống nhiệt [1].1 Ảnh hƣởng của lƣợng nạp .2 Ảnh hƣởng của góc nghiêng.8 Các loại giới hạn công suất nhiệt của ống nhiệt trọng trƣờng .1 Giới hạn âm thanh .2 Giới hạn sôi .3 Giới hạn lôi cuốn .9 Chọn chiều dài phần sôi và phần ngƣng của ống nhiệt trọng trƣờng .39 vii Luan van CHƢƠNG 3 XÂY DỰNG, CHẾ TẠO THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM VỀ ỐNG NHIỆT TRỌNG TRƢỜNG .2 Điều khiển nhiệt độ .3 Cảm biến nhiệt .5 Điện trở vòng (heater) .6 Máy tôi cao tần .46 CHƢƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .1 Tiến hành thí nghiệm .2 Với ống nhiệt Ø42 mm và dùng phƣơng pháp cấp nhiệt bằng điện trở vòng .1 Biểu đồ thể hiện sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian của điểm trên và điểm dƣới khi thay đổi nhiệt độ gia nhiệt và giữ nguyên lƣợng nƣớc, góc nghiêng.2 Biểu đồ thể hiện sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian tại điểm trên và tại điểm dƣới khi thay đổi lƣợng nƣớc và giữ nguyên góc, nhiệt độ gia nhiệt.3 Biểu đồ thể hiện sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian tại điểm trên và điểm dƣới khi thay đổi góc và giữ nguyên lƣợng nƣớc, nhiệt độ gia nhiệt.3 Với ống nhiệt Ø42mm và dùng phƣơng pháp cấp nhiệt bằng máy tôi cao tần.1 Biểu đồ thể hiện sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian tại điểm trên và điểm dƣới khi môi chất nạp là cồn .2 Biểu đồ thể hiện sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian tại điểm trên và điểm dƣới khi môi chất nạp là rƣợu .3 Biểu đồ thể hiện sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian tại điểm trên và điểm dƣới khi môi chất nạp là nƣớc .4 Biểu đồ thể hiện sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian tại điểm trên khi môi chất nạp là nƣớc, rƣợu, cồn.62 CHƢƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .64 viii Luan van TÀI LIỆU THAM KHẢO. 67 ix Luan van DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình.1: Ảnh hưởng của góc nghiêng Φ tới công suất nhiệt Qi .2: Ảnh hưởng của lượng nạp ξ tới công suất nhiệt Qi .3: Lớp bấc dùng trong ống nhiệt.4: Sơ đồ gắn cặp nhiệt độ trên ống nhiệt trọng trường.5: Sự thay đổi nhiệt độ hơi khi công suất ban đầu không đổi cho ba loại môi chất làm việc khác nhau (a) methanol (b) ethanaol (c) nước.