Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu tính toán động lực học hạt lưu chất đa thành phần có truyền nhiệt chuyển pha

• Tác giả: Phạm Duy Bính
• Người hướng dẫn: PGS. Vũ Văn Trường
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ
• Chuyên ngành: Cơ học chất lỏng và chất khí
• Đề tài: Nghiên cứu tính toán động lực học hạt lưu chất đa thành phần có truyền nhiệt, chuyển pha
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN CHO BÀI TOÁN CÓ TRUYỀN NHIỆT, CHUYỂN PHA
• 1.1. Cơ sở khoa học
• 1.2. Xây dựng chương trình tính toán
• 1.3. Kiểm chứng chương trình tính toán vừa xây dựng
• 1.4. Hạt nước với góc ướt nhỏ hơn 90o
• 1.5. Hạt nước với góc ướt lớn hơn 90o
• 1.6. Kết luận
• 2. CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TRUYỀN NHIỆT, CHUYỂN PHA CỦA HẠT LƯU CHẤT RỖNG TRÊN MỘT BỀ MẶT LẠNH
• 2.1. Mô hình bài toán và chọn độ phân giải lưới
• 2.2. Kết quả và thảo luận
• 2.3. Ảnh hưởng của số Bond
• 2.4. Ảnh hưởng của số Prandtl
• 2.5. Ảnh hưởng của số Stefan
• 2.6. Ảnh hưởng của tỉ số khối lượng riêng giữa pha rắn và pha lỏng
• 2.7. Ảnh hưởng của tỉ số bán kính
• 2.8. Quá trình hóa rắn với góc ướt ngoài và trong bằng nhau
• 2.9. Ảnh hưởng của góc ướt trong
• 2.10. Ảnh hưởng của góc ướt ngoài
• 2.11. Ảnh hưởng của góc phát triển. Sự hình thành đỉnh chóp và thời gian hóa rắn của hạt lưu chất rỗng
• 2.12. Kết luận
• 3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TRUYỀN NHIỆT, CHUYỂN PHA CỦA HẠT LƯU CHẤT RỖNG CHỊU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỐI LƯU CƯỠNG BỨC
• 3.1. Mô hình bài toán và chọn độ phân giải lưới
• 3.2. Kết quả và thảo luận
• 3.3. Ảnh hưởng của số Reynolds
• 3.4. Ảnh hưởng của số Stefan
• 3.5. Ảnh hưởng tỉ số khối lượng riêng giữa pha rắn và pha lỏng
• 3.6. Ảnh hưởng của kích thước nhân hóa rắn
• 3.7. Ảnh hưởng của độ lệch tâm ban đầu
• 3.8. Ảnh hưởng của tỉ số bán kính
• 3.9. Ảnh hưởng của góc phát triển
• 3.10. Kết luận
• 4. KẾT LUẬN CHUNG
• 5. HƯỚNG PHÁT TRIỂN TRONG TƯƠNG LAI
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA NGHIÊN CỨU SINH
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Động lực học hạt lưu chất đa thành phần

Nghiên cứu tập trung vào động lực học của hạt lưu chất đa thành phần, đặc biệt là sự tương tác giữa các pha lỏng, rắn và khí. Các mô hình toán học được xây dựng để mô phỏng quá trình chuyển động và biến đổi hình dạng của hạt trong môi trường đa pha. Hạt lưu chất đa thành phần được phân tích dựa trên các thông số như số Bond, số Prandtl và số Stefan, giúp hiểu rõ hơn về sự ảnh hưởng của lực căng bề mặt và truyền nhiệt.

1.1. Mô hình động lực học

Các mô hình động lực học được phát triển dựa trên phương pháp lưới Boltzmann và phương pháp thể tích lưu chất (VOF). Những mô hình này cho phép mô phỏng chính xác quá trình chuyển pha và truyền nhiệt trong hạt lưu chất. Kết quả mô phỏng được so sánh với dữ liệu thực nghiệm để đảm bảo độ tin cậy.

1.2. Ảnh hưởng của số Bond

Số Bond (Bo) đóng vai trò quan trọng trong việc xác định hình dạng và thời gian hóa rắn của hạt. Khi Bo tăng, lực căng bề mặt giảm, dẫn đến sự thay đổi đáng kể trong quá trình chuyển pha. Kết quả cho thấy, với Bo cao, hạt có xu hướng hình thành đỉnh chóp nhọn hơn.

II. Truyền nhiệt và chuyển pha trong hạt lưu chất

Quá trình truyền nhiệt và chuyển pha trong hạt lưu chất đa thành phần được nghiên cứu chi tiết. Các yếu tố như số Prandtl (Pr) và số Stefan (St) được phân tích để hiểu rõ hơn về sự phân bố nhiệt độ và tốc độ hóa rắn. Kết quả cho thấy, số Prandtl cao làm tăng tốc độ truyền nhiệt, trong khi số Stefan ảnh hưởng đến thời gian chuyển pha.

2.1. Phân tích truyền nhiệt

Phân tích truyền nhiệt được thực hiện thông qua mô phỏng số và thực nghiệm. Các kết quả cho thấy, sự phân bố nhiệt độ không đồng đều trong hạt lưu chất dẫn đến sự hình thành các vùng chuyển pha khác nhau. Điều này đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng công nghiệp như chế tạo pin năng lượng mặt trời.

2.2. Quá trình chuyển pha

Quá trình chuyển pha được nghiên cứu dựa trên sự thay đổi của tỉ số khối lượng riêng giữa pha rắn và pha lỏng (ρsl). Kết quả cho thấy, khi ρsl tăng, thời gian hóa rắn giảm đáng kể. Điều này có ý nghĩa lớn trong việc tối ưu hóa quá trình sản xuất các vật liệu đa thành phần.

III. Ứng dụng trong công nghiệp

Nghiên cứu này có ứng dụng trong công nghiệp rộng rãi, đặc biệt trong lĩnh vực chế tạo vật liệu và năng lượng. Các kết quả từ mô phỏng và thực nghiệm giúp tối ưu hóa quá trình sản xuất các hạt đa thành phần, từ đó nâng cao hiệu suất và chất lượng sản phẩm.

3.1. Chế tạo pin năng lượng mặt trời

Các hạt bán dẫn được sử dụng trong chế tạo pin năng lượng mặt trời là một trong những ứng dụng quan trọng của nghiên cứu này. Quá trình hóa rắn và truyền nhiệt được tối ưu hóa để đảm bảo hiệu suất cao nhất của pin.

3.2. Sản xuất vật liệu đa thành phần

Nghiên cứu cũng được áp dụng trong sản xuất các vật liệu đa thành phần như băng đá trên cánh tuabin gió. Các kết quả từ mô phỏng giúp cải thiện quá trình sản xuất và kéo dài tuổi thọ của vật liệu.