I. Tổng quan về nghiên cứu
Nghiên cứu về đặc tính truyền nhiệt của thiết bị ngưng tụ - bay hơi trong máy lạnh R32 - CO2 là một lĩnh vực quan trọng trong ngành kỹ thuật lạnh. Việc lựa chọn môi chất lạnh phù hợp không chỉ ảnh hưởng đến hiệu suất làm lạnh mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng việc sử dụng CO2 làm môi chất lạnh có nhiều ưu điểm, đặc biệt là trong các hệ thống lạnh ghép tầng. Hệ thống này tận dụng được các đặc tính của từng môi chất, từ đó nâng cao hiệu suất làm lạnh và giảm thiểu tác động đến môi trường. Tuy nhiên, quá trình truyền nhiệt trong thiết bị ngưng tụ - bay hơi vẫn chưa được nghiên cứu một cách đầy đủ. Do đó, việc tìm hiểu sâu hơn về đặc tính truyền nhiệt của thiết bị này là cần thiết để tối ưu hóa thiết kế và vận hành hệ thống lạnh.
1.1. Tình hình nghiên cứu trong nước và quốc tế
Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện trên thế giới về hiệu suất làm lạnh của hệ thống sử dụng CO2. Wang và cộng sự đã phân tích chu trình ghép tầng CO2 siêu tới hạn, cho thấy hiệu suất nhiệt đạt 40,1%. Tại Việt Nam, nghiên cứu về đặc tính truyền nhiệt của thiết bị ngưng tụ - bay hơi trong máy lạnh ghép tầng R32 - CO2 đang được quan tâm. Các nghiên cứu này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất mà còn giảm thiểu tác động đến môi trường, đặc biệt trong bối cảnh biến đổi khí hậu hiện nay.
II. Cơ sở lý thuyết
Để hiểu rõ hơn về đặc tính truyền nhiệt của thiết bị ngưng tụ - bay hơi, cần nắm vững các lý thuyết cơ bản về môi chất lạnh và chu trình máy lạnh ghép tầng. CO2 và R32 là hai môi chất chính được sử dụng trong nghiên cứu này. CO2 có ưu điểm là không gây hại cho tầng ozone và có khả năng làm lạnh ở nhiệt độ thấp. Lý thuyết về truyền nhiệt cũng rất quan trọng, bao gồm các phương trình cân bằng nhiệt và phương trình truyền nhiệt. Việc tính toán độ chênh nhiệt độ trung bình của thiết bị trao đổi nhiệt là cần thiết để đánh giá hiệu suất của hệ thống. Các phương pháp như phương pháp NTU cũng được áp dụng để tối ưu hóa thiết kế thiết bị.
2.1. Môi chất lạnh và chu trình làm lạnh
Môi chất lạnh đóng vai trò quan trọng trong hệ thống lạnh. CO2 và R32 được lựa chọn vì tính hiệu quả và thân thiện với môi trường. Chu trình làm lạnh ghép tầng cho phép tận dụng ưu điểm của từng môi chất, từ đó nâng cao hiệu suất làm lạnh. Việc nghiên cứu đặc tính truyền nhiệt của thiết bị ngưng tụ - bay hơi trong chu trình này giúp cải thiện hiệu suất và giảm thiểu tổn thất năng lượng.
III. Thiết kế và thực nghiệm
Quá trình thiết kế và thực nghiệm là bước quan trọng để kiểm tra các giả thuyết lý thuyết. Mô hình thực nghiệm được thiết kế để đo đạc các thông số như nhiệt độ, áp suất và công suất điện của máy nén. Kết quả thực nghiệm cho thấy nhiệt độ trong buồng lạnh dàn bay hơi CO2 đạt giá trị âm sâu hơn so với yêu cầu thiết kế. Sự thay đổi của nhiệt độ môi trường cũng ảnh hưởng đến các thông số của hệ thống, như độ chênh lệch nhiệt độ trung bình và công suất điện máy nén. Những kết quả này không chỉ xác nhận tính chính xác của lý thuyết mà còn cung cấp thông tin quý giá cho việc tối ưu hóa thiết kế hệ thống.
3.1. Mô hình thực nghiệm và quy trình vận hành
Mô hình thực nghiệm được thiết lập với các thiết bị đo lường hiện đại để đảm bảo độ chính xác cao. Quy trình vận hành được thực hiện theo các bước cụ thể, từ khởi động hệ thống đến thu thập dữ liệu. Kết quả thu được từ thực nghiệm cho thấy sự phù hợp giữa lý thuyết và thực tế, đồng thời chỉ ra những điểm cần cải thiện trong thiết kế và vận hành hệ thống lạnh ghép tầng.
IV. Kết quả và thảo luận
Kết quả thực nghiệm cho thấy sự phân bố nhiệt độ các điểm nút của chu trình CO2 và R32 khá phù hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm. Sự chênh lệch nhiệt độ vào và ra khỏi ống trao đổi nhiệt trong dàn ngưng tụ - bay hơi không nhiều, cho thấy tính chính xác của mô hình thiết kế. Tuy nhiên, tổn thất áp suất trong đường ống và máy nén vẫn là vấn đề cần được giải quyết. Các kết quả này không chỉ có giá trị trong việc tối ưu hóa thiết kế mà còn góp phần vào việc phát triển các hệ thống lạnh hiệu quả hơn trong tương lai.
4.1. Đánh giá hiệu suất và ứng dụng thực tiễn
Đánh giá hiệu suất của hệ thống lạnh ghép tầng sử dụng CO2 và R32 cho thấy khả năng làm lạnh hiệu quả ở nhiệt độ thấp. Các thông số như COP và nhiệt lượng bộ trao đổi nhiệt được phân tích kỹ lưỡng. Kết quả nghiên cứu có thể áp dụng trong thiết kế và phát triển các hệ thống lạnh mới, đồng thời góp phần vào việc bảo vệ môi trường và giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu.
