Đặt vấn đề Cá tra là một trong những mặt hàng chủ lực của ngành chăn nuôi thủy sản quan trọng tại Việt Nam, đặc biệt là trong những năm gần đây. Cá tra là một loại cá nước ngọt có giá trị thương mại cao và được xuất khẩu rộng rãi. Việt Nam là nước sản xuất cá tra lớn nhất thế giới. Liên minh Châu Âu (EU) là thị trường chính, chiếm 22,5% lượng tiêu thụ thịt thăn, tiếp theo là Hoa Kỳ (20,4%) và các nước ASEAN.
Tổng sản lượng đã tăng lên trong những năm gần đây, từ 37.500 tấn năm 2001 lên 1,3 triệu tấn năm 2012. Để duy trì và phát triển ngành nuôi cá tra, nông dân phải đối mặt với nhiều thách thức, trong đó một trong những thách thức quan trọng nhất là vấn đề quản lý bùn đáy ao nuôi. Bùn, sản phẩm phụ của quá trình phân hủy chất hữu cơ, là vấn đề phổ biến trong nuôi cá da trơn. Nó bao gồm thức ăn thừa, chất thải của cá, xác tảo tàn lắng.
Sự hiện diện của bùn trong ao có thể gây ảnh hưởng bất lợi đến sự phát triển và tăng trưởng của cá tra/basa. Nó không chỉ thải ra các khí độc hại như amoniac và hydro sunfua mà còn thúc đẩy sự phát triển của vi khuẩn gây bệnh, dẫn đến bùng phát dịch bệnh trong quần thể cá. Do vậy thời gian định kì để hút bùn trong ao nuôi cá tra trong ao là 2 tháng/lần. Ở nước ta hiện nay diện tích ao nuôi cá tra là rất lớn, chỉ tính riêng diện tích ao nuôi cá tra tại đồng bằng sông Cửu Long đã lên tới 6600 hecta.
Với tần số hút bùn là 2 tháng/lần thì nhu cầu hút bùn là rất lớn. Tuy nhiên, trên thị trường nước ta hiện nay chưa có hệ thống hút bùn có hiệu suất cao để đáp ứng nhu cầu ngày một cao này. Ngành chăn nuôi thủy hải sản đang phát triển mạnh mẽ ở nước ta. Bên cạnh nhu cầu ngày một tăng đó, nhu cầu hút bùn để vệ sinh ao nuôi thường xuyên cũng ngày một tăng cao.
Nhưng thực tế hiện nay ở Việt Nam việc hút bùn còn nhiều bất cập do sử dụng nhân công để hút bùn. Việc hút bùn hiện nay hoàn toàn do đội thợ lặn cầm đầu hút của máy bơm và mang đầu hút xuống dưới đáy ao để hút bùn. Việc làm này vừa tốn kém lại vừa không hiệu quả. 1 Do đó nhu cầu về một hệ thống hút bùn tự động hóa có hiệu suất cao nhằm giải phóng sức lao động là việc làm cấp thiết hiện nay.
Để hệ thống tự động hóa đó đạt được hiệu suất cao thì bơm bùn tương ứng cũng phải có hiệu suất cao nhằm giảm chi phí và giảm thời gian hút bùn. Thực tế hiện nay, các dòng bơm bùn hiện nay của Việt Nam chủ yếu được nhập từ nước ngoài. Do đó những bơm bùn này phần nào còn chưa phù hợp với điều kiện thực tế tại vùng ao nuôi cá tra. Các bơm bùn của nước ngoài thích hợp cho việc bơm bùn phù sa hoặc bơm bùn đặc.
Mà điều kiện ở ao nuôi cá tra là bùn loãng với mật độ các chất rắn không hòa tan là 20%. Từ những thực tế trên, ta có thể thấy rằng tiềm năng của nghiên cứu ra một loại bơm bùn trong ao nuôi cá tra có hiệu suất cao là rất lớn. Việc nghiên cứu chế tạo thành công bơm bùn sẽ có ý nghĩa rất lớn tới ngành nuôi trồng thủy sản nói riêng và việc tự chủ công nghệ của Việt Nam nói chung. Phương pháp hút bùn hiện tại 1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 1.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới Trên thế giới, các đã có những nghiên cứu về các thông số đặc tính của bơm li tâm.
Qua những nghiên cứu đó, những thông số công nghệ ảnh hưởng đến hiệu suất của bơm đã được nghiên cứu tiêu biểu như số cánh bơm, góc thoát cánh bơm,. Từ những kết quả đó ta có thể áp dụng để cải tiến hiệu suất bơm bùn tại Việt Nam. 2 Có rất nhiều bài báo nghiên cứu về sự ảnh hưởng của cánh bơm đến hiệu suất của bơm tiêu biểu như của Honggeng Zhu về các biên dạng của cánh quạt ảnh hưởng đến việc hút bùn ở Trung Quốc [1]. Bài báo nghiên cứu về ba loại cánh bơm: lưỡi cong ngược (backward bent blades), lưỡi cong về phía trước (forward bent blades) và lưỡi thẳng (traight blades).
Ba loại lưỡi được mô tả trong Hình 1.3 thể hiện hình dạng bơm trong nghiên cứu của Honggeng Zhu.6 là các đường đặc tính của các cánh bơm sau khi mô phỏng. Kết quả là loại cánh quạt có dạng lưỡi cong ngược cho hiệu suất thủy lực cao nhất, loại lưỡi cong về phía trước có hiệu suất thủy lực là thấp nhất.2 Mô hình cánh quạt trong nghiên cứu của Honggeng Zhu. a) lưỡi cong ngược, b) lưỡi cong về phía trước, c) lưỡi thẳng [1] Hình 1.3 Hình dạng bơm trong nghiên cứu của Honggeng Zhu [1] 3 Hình 1.4 Đường đặc tính Q-H trong nghiên cứu của Honggeng Zhu [1] Hình 1.5 Đường đặc tính Q-P trong nghiên cứu của Honggeng Zhu [1] Hình 1.6 Đường đặc tính Q- η trong nghiên cứu Honggeng Zhu [1] 4 Nghiên cứu của Liu Houlin về sự ảnh hưởng của số cánh quạt đến các hiệu suất của bơm li tâm [2]. Nghiên cứu của Sujoy Chakraborty được thực hiện với số cánh bơm từ 4-7 cánh tại ba dải tốc độ: 2900 v/ph.
Kết quả mô phỏng được thể hiện trong Hình 1.7 cho thấy chiều cao cột áp càng lớn khi số cánh càng tăng.8 cho thấy số cánh càng nhiều thì chiều cao cột áp của bơm càng lớn.8 thể hiện kết quả nghiên cứu của Liu, với số cánh là 7 thì bơm có hiệu suất cao nhất là 76.7 Kết quả mô phỏng của Liu Houlin Hình 1.8 Sự ảnh hưởng của số cánh tới chiều cao cột áp và hiệu suất [2] 5 Nghiên cứu của Krisna Eka Kurniawan về cải thiện hiệu suất của bơm ly tâm thông qua việc bổ sung các lưỡi tách trên bơm cánh quạt [3]. Nghiên cứu sử dụng cánh bơm có bề rộng 4mm, chiều dài 123 mm (L=123 mm), tốc độ quay: 2400 v/ph. Nghiên cứu thêm 3 cánh phụ với chiều dài lần lượt là 0. Sơ đồ thí nghiệm được mô tả trong hình Mẫu thí nghiệm được mô tả trong Hình 1.
Kết quả (Hình 1.12)cho thấy với cùng lưu lượng đầu ra thì chiều dài cánh phụ là 0.5L cho chiều cao cột áp cao nhất.9 Mô hình nghiên cứu của Krisna Eka Kurniawan.10 Sơ đồ thí nghiệm của Krisna Eka Kurniawan [3] 6 Hình 1.11 Liên hệ giữa lưu lượng Q và chiều cao cột áp H với các chiều dài cánh phụ trong nghiên cứu Krisna Eka Kurniawan [3] Hình 1.12 Mối liên hệ giứa lưu lượng Q và hiệu suất η [3] 7 Đối với phần nghiên cứu sự ảnh hưởng của góc thoát cánh bơm tới hiệu suất của bơm có nghiên cứu của Hongchang Ding với góc thoát 23o, 25o, 27o, 29o, 31o [4]. Mô hình cánh quạt được sử dụng trong bài nghiên cứu được thể hiện trong Hình 1.13 Mô hình 2D và 3D của cánh bơm. Kêt quả bài mô phỏng của Hongchang Ding cho thấy áp suất gần lưỡi sẽ tăng khi góc thoát của lưỡi dao tăng ở điều kiện tốc độ dòng chảy thấp (Hình 1.14) , và với góc thoát của cánh là 23o cho hiệu suất cao khi dòng chảy lớn (Hình 1.14 Phân bố áp suất trên cánh bơm trong nghiên cứu của Hongchang Ding 8 Hình 1.15 Kết quả mô phỏng trong nghiên cứu của Hongchang Ding.2 Tình hình nghiên cứu trong nước Hiện nay các nghiên cứu về máy bơm li tâm trong nước còn nhiều hạn chế và không thật sự chất lượng, chỉ dừng lại ở việc tìm hiểu tổng quan và đề ra phương hướng nghiên cứu chứ chưa đi vào mô phỏng và tối ưu các biên dạng của bơm.3 Lí do chọn đề tài Nghiên cứu về sự ảnh hưởng của các thông số công nghệ của bơm bùn phân cá từ ao nuôi cá tra là một đề tài vô cùng quan trọng, với tầm quan trọng không thể bỏ qua. Một trong những khía cạnh quan trọng của nghiên cứu này là khả năng cải thiện hiệu suất sản xuất trong ngành nuôi cá tra.
Điều này đồng nghĩa với việc tối ưu hóa các thông số công nghệ của bơm bùn phân cá, tạo điều kiện thuận lợi để gia tăng năng suất cho hệ thống hút bùn tự động. Sự cải tiến này không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần tạo ra môi trường nuôi cá hiệu quả hơn. Nghiên cứu cũng làm giảm chi phí hoạt động và tiết kiệm nguồn nhân công trong quá trình hút bùn thủ công. Trong điều kiện Việt Nam hiện nay, nguồn lao động dồi dào sẽ giúp tăng trưởng kinh tế mạnh hơn.
Nguồn nhân công từ thợ lặn hút bùn có thể chuyển dịch qua những ngành nghề khác. Hơn nữa, việc cải thiện hiệu suất cho việc hút bùn làm giảm nguy cơ nhiễm bệnh cho cá tra bởi quá trình tích tụ bùn thải. Với hệ thống 9 có hiệu suất cao người nông dân có thể chủ động tăng tần suất hút bùn để giảm nguy cơ nhiễm bệnh cho cá tra từ nguồn bùn thải. Cuối cùng, nghiên cứu về bơm bùn phân cá có tiềm năng nâng cao khả năng nghiên cứu và phát triển công nghệ trong ngành sản xuất bơm cho Việt Nam.
Điều này sẽ thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp sản xuất bơm và thiết bị liên quan, giúp nước ta tự chủ trong sản xuất và cung cấp giải pháp công nghệ trong lĩnh vực này. Vì vậy, nghiên cứu này không chỉ mang lại lợi ích rõ rệt về cải thiện hiệu suất, giảm chi phí, và bảo vệ môi trường, mà còn hứa hẹn tạo nên cơ hội phát triển và đổi mới trong ngành nuôi cá và công nghiệp sản xuất bơm cho Việt Nam.4 Mục tiêu của đề tài Mục tiêu của đề tài: - Mô phỏng sự ảnh hưởng của các thông số công nghệ đén hiệu suất bơm bùn bằng phần mềm star SSM+ - Thực nghiệm và so sanhs kết quả với kết quả mô phỏng bằng phần mềm CFD.1 Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của bơm li tâm Cấu tạo của bơm gồm (Hình 2.1) gồm những bộ phận sau: - Bánh công tác: kết cấu có ba dạng chính là cánh mở hoàn toàn, mở một phần và cánh kín. Bánh công tác được lắp trên trục của bơm cùng với các chi tiết khác cố định với trục tạo nên phần quay của bơm gọi là Rôto. Bánh công tác được đúc bằng gang hoặc thép theo phương pháp đúc chính xác.
Các bề mặt cánh dẫn và đĩa bánh công tác yêu cầu có độ nhẵn tương đối cao để giảm tổn thất.