Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM 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 2013 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Page ii Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.
HCM CẢM TẠ Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành, sâu sắc nhất tới 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: “Nghiên cứu cải tiến két nước trên xe tay ga bằng bộ tản nhiệt kênh Mini (Minichannel heat sink ) nhằm nâng cao hiệu quả truyền nhiệt” 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 2013 Não Minh DaLy Page iii Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM TÓM TẮT Một phương pháp thực nghiệm đã tiến hành giữa hai bộ trao đổi nhiệt kênh Mini và két nước trên xe tay ga để so sánh đánh giá đặc tính truyền nhiệt của chúng trong những điều kiện thay đổi sau: loại lưu chất làm việc, lưu lượng khối lượng và vận tốc gió. Người nghiên cứu đã thiết kế chế tạo thành công bộ trao đổi nhiệt kênh Mini dùng công nghệ UV light để dán giữa tấm nhôm và tấm PMMA lại với nhau.
Kích thước bộ trao đổi nhiệt kênh Mini chỉ bằng 64 % kích thước của bộ trao đổi nhiệt két nước của nhà sản xuất; tuy nhiên, khả năng truyền nhiệt của bộ trao đổi nhiệt kênh Mini cao hơn hoặc bằng két nước này, đặc biệt khi vận tốc gió được thiết lập ở 1,2 m/s đến 3,5 m/s và lưu lượng của lưu chất thay đổi từ 2,46 g/s đến 4,1 g/s. Bên cạnh đó, 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. Thêm vào đó, khi bộ trao đổi nhiệt kênh Mini được sử dụng, nó tận dụng dòng đối lưu cưỡng bức của xe mà không cần quạt gió như các xe tay ga đang dùng.
Page iv Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM ABSTRACT An experimental method has been carried out between a minichannel heat exchanger and a radiator on the scooter to compare and evaluate their heat transfer phenomena under changing conditions: types of working fluid, mass flow rate, and air velocity. The research has successfully designed and manufactured a minichannel heat exchanger using UV light technology to bond between aluminum and PMMA plates together. The minichannel heat exchanger size is only 64% the size of the radiator which made from manufacturer; however, the heat transfer rate obtained from the minichannel heat exchanger is higher than or equal to that obtained from the radiator, particularly when air velocity is from 1.5 m / s and the mass flow rate of the fluid varies from 2.
Besides, the experimental method also shows 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. In addition, when the minichannel heat exchanger is used, it will take advantage of the forced convection by scooter moving, so the scooter will not need the fan as it is using. Page v Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.
HCM MỤC LỤC TRANG Lý lịch khoa học. i Lời cam đoan. ii Cảm tả. vi Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt.
viii Danh mục các hình. ix Danh mục các bảng. xi Chƣơng 1 TỔNG QUAN. Tính cấp thiết của đề tài.
Tổng quan kết quả nghiên cứu liên quan. Mục đích của đề tài. Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài. Phương pháp nghiên cứu .15 Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT .1 Lý thuyết truyền nhiệt .2 Làm lạnh - gia nhiệt đối lưu và hệ số truyền nhiệt .3 Đối lưu tự nhiên – hệ số Grashof .4 Hệ số Nusselt .5 Dòng chảy lưu chất .6 Navier-Stokes chịu nén yếu .28 Chƣơng 3 PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM .1 Mô hình thực nghiệm .2 Dụng cụ thí nghiệm.
Đo đạt số liệu .35 Page vi Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.4 Phân tích sai số .36 Chƣơng 4 CÁC KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .1 Kết quả thực nghiệm lưu chất làm việc là nước.1 Lưu lượng khối lượng của lưu chất thay đổi.2 Vận tốc gió thay đổi .2 Kết quả thực nghiệm với lưu chất làm việc là hỗn hợp nước – ethylen .2 Bộ trao đổi nhiệt kênh Mini .3 Két nước và kênh Mini với lưu chất làm việc là hỗn hợp nước -ethylen 57 Chƣơng 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .60 TÀI LIỆU THAM KHẢO .61 Page vii Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ 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 : lượng nhiệt truyền qua thiết bị, W q : mật độ dòng nhiệt, W/m2 Re : chỉ số Reynolds T : nhiệt độ, K : độ nhớt động lực học, Ns/m2 : khối lượng riêng, kg/m3 : hệ số dẫn nhiệt, W/m K : vận tốc, m/s : hiệu suất : chỉ số hoàn thiện, W/kPa T : nhiệt độ chênh lệch, K p : tổn thất áp suất, Pa Page viii Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM DANH MỤC CÁC HÌNH TRANG Hình 1.1: Sự phân bố năng lượng trong xe [1] .2: Nhiệt độ đầu vào 950C .4: Nhiệt độ đầu vào 35OC .6: Mô hình làm mát trên xe .7: Hệ thống làm mát bằng gió cưỡng bức .8: Mẫu thiết kế hình học áo nước đầu xylanh .9: Mật độ dòng nhiệt tập trung trên đầu xylanh .10: Hệ số truyền nhiệt đối lưu và kích thước kênh [17] .11: Bộ trao đổi nhiệt micro ngược chiều dùng vật liệu thép không gỉ.12: Bộ trao đổi nhiệt micro hợp thành bởi năm bộ trao đổi nhiệt riêng lẻ.1: Tám loại làm mát đối lưu .1: Mô hình thực nghiệm .2: Ảnh hệ thống thí nghiệm két nước .3: Kích thước mẫu thí nghiệm.4: Bộ trao đổi nhiệt kênh Mini và két nước dùng vật liệu nhôm .5: Bộ thiết bị đo lường nhiệt độ .6: Ảnh kết nối hệ thống thí nghiệm.1: So sánh độ chênh lệch nhiệt độ giữa đầu vào và đầu ra T của kênh Mini và két nước ở vận tốc gió 0,8 m/s.2: So sánh lượng nhiệt của két nước và kênh Mini ở vận tốc gió 0,8 m/s .3: So sánh độ chênh nhiệt độ giữa đầu vào và đầu ra T của kênh Mini và két nước ở vận tốc gió 1,2 m/s .4: So sánh lượng nhiệt truyền ra môi trường của kênh Mini và két nước ở vận tốc gió 1,2 m/s .41 Page ix Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.5: So sánh độ chênh lệch nhiệt độ giữa đầu vào và đầu ra T của kênh Mini và két nước ở vận tốc gió 2,2 m/s .6: So sánh nhiệt lượng tỏa ra của kênh Mini và két nước ở 2,2 m/s .7: So sánh sự chênh lệch nhiệt độ giữa đầu vào và đầu ra T của kênh Mini và két nước .8: So sánh lượng nhiệt tỏa ra của kênh Mini và két nước .9: So sánh sự chênh lệch nhiệt độ giữa đầu vào và đầu ra T của kênh Mini và két nước ở 3,5 m/s .10: So sánh tốc độ truyền nhiệt của kênh Mini và két nước ở 3,5 m/s .11: So sánh độ chênh nhiệt độ của két nước và kênh Mini ở 1,64 g/s .12: So sánh nhiệt lượng của kênh Mini và két nước ở cùng lưu lượng 1,64 g/s .13: So sánh độ chênh nhiệt độ giữa đầu vào và đầu ra T của kênh Mini và két nước ở 2,46 g/s .14: So sánh nhiệt lượng của kênh Mini và két nước ở cùng lưu lượng 2,46 g/s .15: So sánh độ chênh nhiệt độ giữa đầu vào và đầu ra T của kênh Mini và két nước ở 3.16: So sánh nhiệt lượng tỏa ra của kênh Mini và két nước ở 3,28 g/s .17: So sánh sự chênh lệch nhiệt độ giữa đầu vào và đầu ra T của kênh Mini và két nước 4,1 g/s.18: So sánh nhiệt lượng tỏa ra của kênh Mini và két nước ở 3,28 g/s .19: So sánh sự độ chênh nhiệt độ giữa đầu vào và đầu ra T của nước và hỗn hợp nước – ethylen cho két nước .20: So sánh sự chênh lệch nhiệt độ giữa đầu vào và đầu ra T của nước và hỗn hợp nước – ethylen cho bộ tản nhiệt Kênh Mini.21: So sánh sự chênh lệch nhiệt độ giữa đầu vào và đầu ra T của kênh Mini và két nước dùng hỗn hợp nước -ethylen .58 Page x Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM DANH MỤC CÁC BẢNG TRANG Bảng 1.1: Kết quả thực nghiệm của công ty .2: Tóm tắt kết quả CFD .3: So sánh giữa kết quả thực nghiệm và kết quả CFD .4: Kết quả ảnh hưởng của khoảng cách.1: Thông số kỹ thuật của két nước .2: Độ chính xác và các dải thang đo của dụng cụ thử nghiệm .35 Page xi Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.
HCM Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1. Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay tại các thành phố lớn, xe tay ga ngày càng được ưa chuộng nhờ kiểu dáng đẹp, hệ thống truyền động vô cấp cho phép người sử dụng không cần sang số khi tăng tốc. Để có những ưu điểm đó thì kết cấu hệ thống làm mát trên xe ga cũng có nhiều khác biệt so với xe số. Toàn bộ thân bao kín, tốc độ lưu thông không khí thấp dù xe chuyển động ở tốc độ cao.
Ngoài ra, hầu hết xe tay ga đều sử dụng hệ truyền động vô cấp.