Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong bối cảnh công nghệ kỹ thuật phát triển nhanh chóng và biến đổi khí hậu diễn biến phức tạp, nhu cầu sử dụng các thiết bị điều hòa không khí và hệ thống làm lạnh công nghiệp ngày càng tăng cao. Song song với xu hướng này là yêu cầu cấp thiết về việc loại bỏ và thay thế các môi chất lạnh tổng hợp truyền thống vốn gây suy giảm tầng ozone và làm gia tăng hiệu ứng nhà kính. Môi chất lạnh tự nhiên Carbon Dioxide ($CO_2$ - ký hiệu R744) được đánh giá là một giải pháp thay thế tiềm năng nhờ các đặc tính: không độc hại, không cháy, trơ về mặt hóa học, hệ số làm suy giảm tầng ozone bằng không ($\text{ODP} = 0$) và tiềm năng làm nóng toàn cầu không đáng kể ($\text{GWP} = 1$).

Tuy nhiên, R744 có điểm tới hạn ở mức nhiệt độ thấp ($31^\circ\text{C}$) và áp suất rất cao ($73{,}6\text{ bar}$). Vận hành ở áp suất cao đòi hỏi các yêu cầu kỹ thuật khắt khe về đường ống và thiết bị. Để giải quyết hạn chế này, giải pháp kết hợp R744 vào chu trình nhiệt độ thấp của hệ thống lạnh ghép tầng (cascade refrigeration system) được áp dụng nhằm hạ thấp áp suất ngưng tụ của $CO_2$. Trong hệ thống này, thiết bị trao đổi nhiệt ghép tầng đóng vai trò kép: là thiết bị ngưng tụ cho tầng thấp (R744) và là thiết bị bay hơi cho tầng cao (sử dụng R134a).

Hiện nay, các nghiên cứu chuyên sâu về quá trình truyền nhiệt và phân bố dòng chảy cục bộ trong thiết bị trao đổi nhiệt ghép tầng dạng tấm micro (Microchannel Plate Heat Exchanger - MPHE) dùng cặp môi chất R134a/R744 bằng phương pháp mô phỏng số còn hạn chế. Đề tài "Nghiên cứu mô phỏng quá trình truyền nhiệt của thiết bị trao đổi nhiệt trong hệ thống lạnh ghép tầng dùng cặp môi chất R134a/R744" được thực hiện nhằm giải quyết khoảng trống nghiên cứu này.

Nhiệm vụ nghiên cứu của đồ án bao gồm 4 nội dung chính được phân định theo văn bản giao nhiệm vụ:

  1. Tìm hiểu về phần mềm dùng để mô phỏng số (COMSOL Multiphysics 6.2).
  2. Tính toán thiết kế mô hình thiết bị trao đổi nhiệt để đưa vào thực hiện mô phỏng.
  3. Đánh giá kết quả mô phỏng, phân tích các trường vật lý và so sánh đối chứng với kết quả thực nghiệm.
  4. Đưa ra nhận xét tổng kết và các kiến nghị phát triển đề tài.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Quá trình truyền nhiệt, trường nhiệt độ, trường phân bố vận tốc, sự thay đổi độ khô và khối lượng riêng của cặp môi chất R134a/R744 bên trong thiết bị trao đổi nhiệt ghép tầng dạng tấm micro, phục vụ hệ thống có năng suất lạnh $1{,}6\text{ kW}$ tại nhiệt độ bay hơi $-27^\circ\text{C}$.
  • Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu được triển khai thực nghiệm và lấy số liệu tại Xưởng Nhiệt - Điện Lạnh thuộc Phòng thí nghiệm Truyền nhiệt, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh; mô phỏng số 3D được thực hiện trên phần mềm COMSOL Multiphysics phiên bản 6.2.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án xây dựng nền tảng lý thuyết dựa trên các nguyên lý nhiệt động lực học của chu trình lạnh ghép tầng hai cấp và cơ học chất lưu truyền nhiệt hai pha trong kênh micro:

1. Mô hình nhiệt động chu trình lạnh ghép tầng

Hệ thống gồm hai chu trình nén hơi độc lập ghép nối nhiệt thông qua thiết bị trao đổi nhiệt trung gian:

  • Chu trình tầng thấp (LTC - dùng R744):

    • Năng suất lạnh riêng: $q_{0(LT)} = h_1 - h_6$ $(\text{kJ/kg})$
    • Năng suất nhiệt riêng nhả ra tại bình ngưng ghép tầng: $q_{K(LT)} = h_3 - h_4$ $(\text{kJ/kg})$
    • Lưu lượng khối lượng tuần hoàn: $m_{R744} = Q_0 / q_{0(LT)}$ $(\text{kg/s})$
    • Công nén riêng: $l_{LTC} = h_3 - h_2$ $(\text{kJ/kg})$
    • Công suất nén đoạn nhiệt: $N_s = m \cdot l$ $(\text{kW})$
    • Công nén chỉ thị: $N_i = N_s / \eta_i$ (với hiệu suất chỉ thị $\eta_i = \lambda_w + b \cdot t_0$, trong đó $\lambda_w = T_0 / T_k$, $b = 0{,}001$)
    • Công suất động cơ máy nén tầng thấp: $N_{LTC} = k \cdot N_s / \eta_{el}$ (với $k = 1{,}1 \div 2{,}1$ là hệ số an toàn)
    • Hệ số làm lạnh tầng thấp: $\varepsilon_{LTC} = q_{0(LT)} / l_{LTC}$
  • Chu trình tầng cao (HTC - dùng R134a):

    • Năng suất lạnh riêng: $q_{0(HT)} = h_7 - h_{12}$ $(\text{kJ/kg})$
    • Năng suất nhiệt riêng: $q_{K(HT)} = h_9 - h_{10}$ $(\text{kJ/kg})$
    • Công suất trao đổi nhiệt tại tấm micro: $Q_{MPHE} = m_{R744} \cdot q_{K(LT)}$ $(\text{kW})$
    • Lưu lượng môi chất tầng cao: $m_{R134a} = Q_{MPHE} / q_{0(HT)}$ $(\text{kg/s})$
    • Công suất động cơ máy nén tầng cao: $N_{HTC} = k \cdot L_{HTC} / \eta_{el}$
    • Hệ số làm lạnh tầng cao: $\varepsilon_{HTC} = q_{0(HT)} / l_{HTC}$
  • Chỉ tiêu hiệu quả toàn hệ thống:

    • Hệ số hiệu quả năng lượng: $\text{COP} = Q_0 / (N_{HTC} + N_{LTC})$
    • Hệ số làm lạnh tổng thể: $\varepsilon = Q_0 / (L_{HTC} + L_{LTC})$

2. Mô hình tính toán truyền nhiệt và hệ số tỏa nhiệt

  • Phương trình truyền nhiệt tổng thể: $$Q = U \cdot A \cdot \Delta t_{lm}$$ Trong đó, hệ số truyền nhiệt tổng $U$ được xác định qua biểu thức: $$U = \frac{1}{\frac{1}{\alpha_c} + R_W + \frac{1}{\alpha_h}}$$ Với $R_W = \delta / k$ là nhiệt trở vách dẫn nhiệt; $\Delta t_{lm}$ là độ chênh nhiệt độ logarit trung bình giữa dòng nóng và dòng lạnh trong điều kiện chảy ngược chiều hoặc thuận chiều.

  • Hệ số tỏa nhiệt ngưng tụ của R744 ($\alpha_{Calc}$): Xác định theo mô hình Mancin và các cộng sự (2012) cho kênh micro, kết hợp giữa hệ số tỏa nhiệt màng do trọng lực ($\alpha_{Nu}$) và lực cắt dòng hơi ($\alpha_c, \alpha_a$): $$\alpha_{Calc} = f(\alpha_c, \alpha_a, \alpha_{LO}, \rho_g, \rho_l, \mu_g, \mu_l)$$

  • Hệ số tỏa nhiệt sôi bay hơi của R134a ($\alpha_{ave}$): Xác định theo mô hình Longo và các cộng sự (2015) kết hợp tương quan Chen: $$\alpha_{ave} = \text{MAX}(\alpha_{cb}, \alpha_{nb})$$ Trong đó $\alpha_{cb}$ là hệ số tỏa nhiệt sôi đối lưu cưỡng bức và $\alpha_{nb}$ là hệ số tỏa nhiệt sôi bọt hạt (với hệ số hiệu chỉnh $C_{nb} = 0{,}58$, phụ thuộc vào mật độ dòng nhiệt $q$, độ nhám bề mặt $R_a$ và số Reynolds tương đương $Re_{eq}$).

3. Phương pháp nghiên cứu thực tế và nguồn dữ liệu

Đồ án áp dụng phương pháp mô phỏng số CFD trên phần mềm COMSOL Multiphysics 6.2, giải đồng thời hệ phương trình bảo toàn khối lượng, bảo toàn động lượng Navier-Stokes và bảo toàn năng lượng kết hợp truyền nhiệt có chuyển pha (phase change). Nguồn dữ liệu đầu vào sử dụng các thông số nhiệt động của $CO_2$ tại $5^\circ\text{C}$, trạng thái hơi - lỏng tại $32^\circ\text{C}$, và bảng số liệu bão hòa của R134a. Dữ liệu đối chứng được thu thập từ mô hình thực nghiệm hệ thống lạnh ghép tầng tại Phòng thí nghiệm Truyền nhiệt, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM.


Thiết kế và mô phỏng hệ thống

Quy trình thiết kế mô hình và thiết lập bài toán mô phỏng số trong đồ án được tiến hành qua các bước cụ thể:

Hạng mục thiết lập Chi tiết thông số và kỹ thuật thực hiện
Phần mềm sử dụng COMSOL Multiphysics phiên bản 6.2
Mô hình hình học Bộ trao đổi nhiệt ghép tầng dạng tấm micro (MPHE) đa kênh song song
Môi chất công tác Tầng thấp: R744 ($CO_2$) ngưng tụ; Tầng cao: R134a bay hơi
Định nghĩa vật lý Thiết lập các hàm toán học mô tả khối lượng riêng $\rho(T, P)$, độ nhớt động học $\mu$, hệ số dẫn nhiệt $k$, tỷ lệ pha $\theta$ và enthalpy tại mục Expression
Điều kiện biên (BCs) Vận tốc và lưu lượng khối lượng đầu vào, áp suất bão hòa đầu ra, nhiệt độ dòng vào của R744 và R134a
Kỹ thuật chia lưới Chia lưới phần tử hữu hạn đa cấu trúc; thực hiện kiểm tra tính độc lập của lưới thông qua đánh giá chất lượng phần tử lưới (Mesh quality evaluation) trên nhiều mức kích thước (Element size)
Phương pháp giải Thuật toán giải tách pha / chuyển pha liên tục cho bài toán truyền nhiệt ghép nối dòng chảy chất lưu

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

Chương này phân tích tổng quan các công trình nghiên cứu về hệ thống lạnh sử dụng $CO_2$ và hệ thống ghép tầng:

  • Nghiên cứu trong nước: Điểm qua các công trình tiêu biểu của PGS. Đặng Thành Trung và cộng sự tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM: nghiên cứu đặc tính dòng chảy và truyền nhiệt trong bộ trao đổi nhiệt kênh chữ nhật (đạt mật độ dòng nhiệt $17{,}4\text{ W/cm}^2$, sai số truyền nhiệt dưới $9%$), nghiên cứu thiết bị ngưng tụ bay hơi 5 lớp và 8 lớp ống cho R744 (nhiệt độ đầu ra $28{,}7^\circ\text{C} \div 30{,}3^\circ\text{C}$ ở áp suất $72{,}6 \div 68{,}5\text{ bar}$, lưu lượng $14{,}34 \div 46{,}08\text{ kg/h}$), ảnh hưởng của tỷ số áp suất máy nén đến thiết bị bay hơi $CO_2$, và mô phỏng bộ làm mát khí chiều dài $100\text{ mm}$, đường kính $6{,}4\text{ mm}$.
  • Nghiên cứu quốc tế: Đánh giá 21 công trình quốc tế tiêu biểu: Bellos và cộng sự (so sánh 18 cấu hình ghép tầng $CO_2$, đánh giá chỉ số TEWI), Feng Cao và Yang (bơm nhiệt kết hợp R134a/$CO_2$ xuyên tới hạn, cải thiện COP đến $22%$), Raju và cộng sự (sôi hai pha R134a trong tấm cánh dải lệch ở dòng khối $50 \div 82\text{ kg/m}^2\text{s}$), Singh và cộng sự (hệ ghép tầng R744/R1234yf), Sun và cộng sự (hệ R744-PC-TCS cải thiện COP $48{,}9%$ ở $39^\circ\text{C}$), Yang và cộng sự (hệ hai cấp có ejector đạt COP $0{,}78$), Carlos, Llopis (hệ dưới tới hạn có IHX), Garrido, Brown, Talyzin, Yilmaz, Zheng, Lao (sôi dòng R134a trong kênh mini sóng, sai số Nu $11{,}3%$), Hwang, Sarkar, Kwon, Chen, Mancin, Longo.
  • Xác định mục tiêu, đối tượng (MPHE $1{,}6\text{ kW}$, nhiệt độ bay hơi $-27^\circ\text{C}$) và phạm vi nghiên cứu thực nghiệm tại xưởng trường.

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

  • Trình bày tính chất nhiệt vật lý của môi chất R744 (điểm đông đặc $-78{,}5^\circ\text{C}$, điểm tới hạn $31^\circ\text{C}/73{,}6\text{ bar}$, đồ thị $P\text{-}h$, giản đồ pha) và môi chất R134a (đồ thị $P\text{-}h$, tính chất an toàn, ảnh hưởng GWP).
  • Thiết lập chu trình nhiệt động hệ thống lạnh ghép tầng R134a/R744 trên đồ thị $\log P\text{-}h$.
  • Xây dựng hệ thống công thức tính toán chu trình tầng thấp LTC, chu trình tầng cao HTC, công nén, công suất động cơ điện, hệ số COP và hệ số làm lạnh $\varepsilon$.
  • Thiết lập lý thuyết truyền nhiệt tổng quát: phương trình truyền nhiệt $Q = U \cdot A \cdot \Delta t_{lm}$, hệ số truyền nhiệt tổng $U$, độ chênh nhiệt độ logarit $\Delta t_{lm}$ cho dòng thuận chiều và ngược chiều.
  • Trình bày công thức thực nghiệm xác định hệ số tỏa nhiệt ngưng tụ của R744 theo mô hình Mancin và hệ số tỏa nhiệt sôi bốc hơi của R134a theo mô hình Longo trong kênh microplate.

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ TIẾN HÀNH MÔ PHỎNG

  • Giới thiệu tổng quan cấu trúc và tính năng mô phỏng nhiệt - thủy lực của phần mềm COMSOL Multiphysics 6.2.
  • Thiết lập mô hình hình học 3D của bộ trao đổi nhiệt ghép tầng dạng tấm micro (MPHE) dựa trên bản vẽ chi tiết và các bảng thông số thiết kế ban đầu.
  • Nhập các hàm biến thiên đặc tính vật lý (khối lượng riêng, độ nhớt, độ dẫn nhiệt) theo nhiệt độ và áp suất tại mục Expression.
  • Tiến hành chia lưới không gian tính toán và thực hiện quy trình Mesh quality evaluation (đánh giá chất lượng phần tử lưới) qua các cấp độ kích thước phần tử để đảm bảo tính hội tụ và độ chính xác của lời giải nhiệt độ.
  • Thiết lập các bước giải (Study steps) và điều kiện biên vận hành tương ứng với chế độ công tác của hệ thống.

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ NHẬN XÉT

  • Phân tích trường nhiệt độ:
    • Kênh lưu chất $CO_2$ (R744): Ở giai đoạn đầu (khoảng $1/3$ chiều dài kênh tính từ cửa vào), nhiệt độ $CO_2$ giảm mạnh từ trạng thái hơi quá nhiệt xuống nhiệt độ bão hòa. Từ vị trí $1/3$ trở đi cho đến cửa ra, quá trình ngưng tụ diễn ra nên nhiệt độ duy trì ổn định, hầu như biến động rất ít.
    • Kênh lưu chất R134a: Ở giai đoạn đầu và giữa (khoảng $2/3$ chiều dài kênh), R134a nhận nhiệt sôi bão hòa nên nhiệt độ ít thay đổi. Khi đi vào $1/3$ đoạn cuối kênh về phía cửa ra, môi chất chuyển hoàn toàn sang trạng thái hơi quá nhiệt khiến nhiệt độ tăng nhanh rõ rệt.
    • Tương quan nhiệt độ: Khi nhiệt độ bay hơi của R134a tăng, nhiệt độ đầu ra của R744 tại bộ trao đổi nhiệt cũng tăng theo tỷ lệ tương ứng.
  • Phân tích độ khô, phân bố vận tốc và khối lượng riêng:
    • Độ khô ($x$) của R744 giảm dần từ 1 về 0 (ngưng tụ hoàn toàn thành lỏng), trong khi độ khô của R134a tăng từ trạng thái lỏng - hơi sau tiết lưu lên hơi quá nhiệt ($x = 1$).
    • Khối lượng riêng ($\rho$) của R744 tăng mạnh khi chuyển pha từ hơi sang lỏng; ngược lại, khối lượng riêng của R134a giảm mạnh khi bốc hơi.
    • Trường vận tốc thể hiện sự biến thiên vận tốc dòng chảy tương ứng với sự biến đổi thể tích riêng của từng pha trong các kênh micro.
  • So sánh mô phỏng và thực nghiệm: Đối chứng nhiệt độ đầu ra và diễn biến truyền nhiệt giữa mô hình số và số liệu đo thực nghiệm cho thấy kết quả mô phỏng có độ tương thích cao, sai số nằm trong giới hạn cho phép.

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

  • Tổng kết toàn bộ các kết quả đạt được về quy luật truyền nhiệt và chuyển pha của cặp môi chất R134a/R744 trong thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm micro.
  • Nêu các đề xuất hoàn thiện kết cấu thiết bị và định hướng nghiên cứu tiếp theo.

Kết quả và đóng góp

1. Kết quả chính từ số liệu nghiên cứu

  • Mô phỏng thành công các trường vật lý 3D (nhiệt độ, vận tốc, độ khô, khối lượng riêng) của thiết bị trao đổi nhiệt ghép tầng tấm micro sử dụng COMSOL Multiphysics 6.2 cho hệ thống công suất $1{,}6\text{ kW}$ ở nhiệt độ bay hơi $-27^\circ\text{C}$.
  • Xác định quy luật phân bố nhiệt độ cục bộ trong kênh micro:
    • Môi chất R744 giảm nhiệt độ mạnh trong $1/3$ hành trình đầu, sau đó duy trì đẳng nhiệt ngưng tụ trong $2/3$ hành trình còn lại.
    • Môi chất R134a duy trì đẳng nhiệt sôi trong $2/3$ hành trình đầu và tăng nhiệt độ quá nhiệt tại $1/3$ hành trình cuối.
  • Xác định mối quan hệ trực tiếp: nhiệt độ bay hơi R134a tăng dẫn đến nhiệt độ ngưng tụ đầu ra của R744 tăng theo.
  • Kiểm chứng thành công tính chính xác của mô hình mô phỏng số thông qua việc đối chiếu với dữ liệu thực nghiệm, đạt độ sai lệch nằm trong giới hạn cho phép.

2. Giải pháp và kiến nghị của tác giả

  • Kiến nghị ứng dụng phần mềm COMSOL Multiphysics trong việc tối ưu hóa kích thước hình học và số lượng tấm micro nhằm nâng cao mật độ truyền nhiệt.
  • Đề xuất tiếp tục nghiên cứu mở rộng dải thông số làm việc của hệ thống ở nhiều cấp phụ tải và nhiệt độ bay hơi khác nhau để hoàn thiện bộ thông số thiết kế.

3. Đóng góp của đề tài

  • Bổ sung dữ liệu mô phỏng số chi tiết về trường nhiệt độ và cơ chế chuyển pha hai chiều (đồng thời sôi và ngưng tụ) trong kênh tấm micro cho cặp môi chất R134a/R744, một lĩnh vực mà các nghiên cứu trước đây trong nước còn rất hạn chế.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Nghiên cứu tập trung vào một chế độ vận hành xác định (năng suất lạnh $1{,}6\text{ kW}$, nhiệt độ bay hơi $-27^\circ\text{C}$) và một kết cấu hình học cụ thể của bộ trao đổi nhiệt dạng tấm micro; phạm vi thực nghiệm bị giới hạn trong điều kiện phòng thí nghiệm của xưởng trường.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Khảo sát mô phỏng và thực nghiệm trên các dải công suất lạnh và dải nhiệt độ bão hòa rộng hơn.
    • Thử nghiệm tối ưu hóa cấu trúc kênh dẫn micro (biên dạng dải sóng, góc nghiêng tấm) để giảm tổn thất áp suất và tăng cường hệ số truyền nhiệt.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo chuyên ngành hữu ích cho:

  • Đối tượng: Sinh viên, học viên cao học và kỹ sư chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Nhiệt, Nhiệt - Điện lạnh, Kỹ thuật Năng lượng và Kỹ thuật Hóa học.
  • Nội dung giá trị:
    • Phương pháp xây dựng và thiết lập bài toán mô phỏng truyền nhiệt chuyển pha phức hợp trên phần mềm COMSOL Multiphysics 6.2 (cách nhập hàm biến thiên tính chất nhiệt động, kỹ thuật chia lưới và đánh giá chất lượng lưới).
    • Hệ thống công thức tính toán chu trình nhiệt động hệ thống lạnh ghép tầng sử dụng môi chất tự nhiên $CO_2$ và các mô hình xác định hệ số tỏa nhiệt trong kênh micro (mô hình Mancin, mô hình Longo, tương quan Chen).

Câu hỏi thường gặp

1. Cặp môi chất nào được lựa chọn trong đồ án và vai trò của từng môi chất ở mỗi tầng là gì?
Đồ án sử dụng cặp môi chất R134a và R744 ($CO_2$). Trong đó, R134a tuần hoàn ở chu trình nhiệt độ cao (tầng cao - HTC) đóng vai trò môi chất bay hơi thu nhiệt; R744 tuần hoàn ở chu trình nhiệt độ thấp (tầng thấp - LTC) đóng vai trò môi chất ngưng tụ nhả nhiệt tại thiết bị trao đổi nhiệt ghép tầng dạng tấm micro.

2. Diễn biến nhiệt độ của môi chất R744 và R134a dọc theo chiều dài kênh trao đổi nhiệt diễn ra như thế nào?
Dọc theo chiều dài kênh, R744 giảm nhiệt độ mạnh ở $1/3$ đoạn đầu kênh từ hơi quá nhiệt xuống nhiệt độ ngưng tụ, sau đó duy trì nhiệt độ gần như không đổi trong $2/3$ đoạn sau khi diễn ra quá trình chuyển pha ngưng tụ. Ngược lại, R134a duy trì nhiệt độ ổn định trong giai đoạn sôi bão hòa ở $2/3$ đoạn đầu và chỉ tăng nhiệt độ rõ rệt ở $1/3$ đoạn cuối khi chuyển sang trạng thái hơi quá nhiệt.

3. Phần mềm nào được sử dụng để mô phỏng và kỹ thuật kiểm tra lưới được thực hiện ra sao?
Đồ án sử dụng phần mềm COMSOL Multiphysics phiên bản 6.2. Kỹ thuật chia lưới được kiểm soát thông qua quy trình đánh giá chất lượng phần tử lưới (Mesh quality evaluation) trên các cấp độ kích thước phần tử khác nhau (Element size) để bảo đảm kết quả phân bố nhiệt độ không bị phụ thuộc vào mật độ lưới và hạn chế sai số tính toán.

4. Khi nhiệt độ bay hơi của môi chất R134a tăng lên thì thông số nào của R744 bị ảnh hưởng trực tiếp?
Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng khi nhiệt độ bay hơi của R134a ở tầng cao tăng lên thì nhiệt độ đầu ra của dòng môi chất R744 tại thiết bị trao đổi nhiệt ghép tầng cũng tăng lên tương ứng.

5. Hệ thống lạnh ghép tầng trong đồ án được thiết kế với thông số công suất và nhiệt độ bay hơi bao nhiêu?
Hệ thống được tính toán thiết kế với năng suất lạnh định mức là $1{,}6\text{ kW}$ tại nhiệt độ bay hơi của chu trình tầng thấp là $-27^\circ\text{C}$.


Kết luận

Đồ án tốt nghiệp đã giải quyết thành công bài toán tính toán thiết kế và mô phỏng số 3D quá trình truyền nhiệt chuyển pha trong thiết bị trao đổi nhiệt ghép tầng dạng tấm micro dùng cặp môi chất R134a/R744 bằng phần mềm COMSOL Multiphysics 6.2. Các kết quả mô phỏng đã làm rõ quy luật biến thiên trường nhiệt độ, trường vận tốc, độ khô và khối lượng riêng của cả hai dòng lưu chất dọc theo chiều dài kênh dẫn. Độ tin cậy của mô hình số được khẳng định qua sự tương thích với dữ liệu thực nghiệm tại phòng thí nghiệm, cung cấp cơ sở khoa học quan trọng cho việc nghiên cứu và ứng dụng môi chất tự nhiên $CO_2$ trong kỹ thuật lạnh sâu thân thiện với môi trường.