Nghiên Cứu Thực Nghiệm Quá Trình Bay Hơi Của Nước Cấp Lò Hơi Trong Kênh Micro

Nghiên cứu thực nghiệm quá trình bay hơi nước cấp lò hơi trong kênh micro, cung cấp thông tin hữu ích cho ngành công nghiệp năng lượng.

• Tác giả: Nguyễn Huy Vũ
• Người hướng dẫn: PGS.TS Đặng Thành Trung
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Nhiệt
• Đề tài: Nghiên Cứu Thực Nghiệm Quá Trình Bay Hơi Của Nước Cấp Lò Hơi Trong Kênh Micro
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI
• LÝ LỊCH KHOA HỌC
• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• MỤC LỤC
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Đặt vấn đề
• 1.2. Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu
• 1.2.1. Nghiên cứu ngoài nước
• 1.3. Nghiên cứu trong nước
• 1.4. Mục tiêu của đề tài
• 1.5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.5.1. Đối tượng nghiên cứu
• 1.5.2. Phạm vi nghiên cứu
• 1.6. Nội dung và phương pháp nghiên cứu
• 1.6.1. Nội dung nghiên cứu
• 1.6.2. Phương pháp nghiên cứu
• 1.7. Lý thuyết truyền nhiệt
• 1.7.1. Quá trình sôi động bên trong
• 1.7.2. Sự sôi của dòng môi chất hai pha liên quan đến quá trình bay hơi
• 1.7.3. Nhiệt độ trung bình Logarit
• 1.7.4. Dòng nhiệt truyền qua thiết bị
• 1.7.5. Mật độ dòng nhiệt
• 1.7.6. Hệ số truyền nhiệt tổng
• 1.7.7. Hiệu suất truyền nhiệt
• 1.7.8. Tổn thất áp suất
• 2. THIẾT LẬP MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM
• 2.1. Tính toán và thiết kế mô hình thí nghiệm
• 2.2. Thiết lập mô hình thực nghiệm
• 2.3. Dụng cụ thí nghiệm
• 2.3.1. Bơm Jasco: PU – 2087 plus
• 2.3.2. Tháp gia nhiệt
• 2.3.3. Cân điện tử
• 2.3.4. Bộ điều chỉnh công suất
• 2.3.5. Bộ xử lý tín hiệu MX - 100
• 2.3.6. Bộ số hóa tín hiệu áp suất
• 2.3.7. Đồng hồ đa năng
• 2.3.8. Thiết bị đo nhiệt độ EXTECH 421509
• 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Gia nhiệt kênh micro bằng hai điện trở
• 3.2. Quá trình sinh hơi quá nhiệt của nước cấp lò hơi
• 3.3. Nước cấp lò hơi – mẫu A
• 3.4. Nước cấp lò hơi – Mẫu B
• 3.5. Nước cấp lò hơi – Mẫu C
• 3.6. Nước cấp lò hơi – Mẫu mini A
• 3.7. Ảnh hưởng của kích thước kênh đến quá trình bay hơi
• 3.8. Hiệu suất quá trình bay hơi kênh micro
• 3.9. Hiệu suất của kênh mini so với kênh micro
• 3.10. Ảnh hưởng của lưu chất đến mật độ dòng nhiệt
• 3.11. Ảnh hưởng của lưu chất đến hệ số tỏa nhiệt đối lưu
• 3.12. Ảnh hưởng của lưu chất đến hệ số truyền nhiệt tổng
• 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về Nghiên Cứu Quá Trình Bay Hơi Nước Cấp Lò Hơi

Nghiên cứu quá trình bay hơi của nước cấp lò hơi trong kênh micro là một lĩnh vực quan trọng trong công nghệ nhiệt. Quá trình này không chỉ ảnh hưởng đến hiệu suất của lò hơi mà còn liên quan đến việc tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường. Việc hiểu rõ các đặc tính truyền nhiệt trong kênh micro giúp tối ưu hóa thiết kế và nâng cao hiệu quả hoạt động của các thiết bị này.

1.1. Đặc điểm của Nước Cấp Lò Hơi và Kênh Micro

Nước cấp lò hơi có đặc tính vật lý riêng biệt, ảnh hưởng đến quá trình bay hơi. Kênh micro, với kích thước nhỏ, tạo điều kiện thuận lợi cho việc tăng cường truyền nhiệt và giảm tổn thất áp suất.

1.2. Tầm quan trọng của Nghiên Cứu Quá Trình Bay Hơi

Nghiên cứu này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất lò hơi mà còn đóng góp vào việc phát triển các công nghệ tiết kiệm năng lượng, giảm thiểu tác động đến môi trường.

II. Vấn Đề và Thách Thức Trong Nghiên Cứu Quá Trình Bay Hơi

Mặc dù có nhiều nghiên cứu về quá trình bay hơi, nhưng vẫn còn nhiều thách thức cần giải quyết. Các vấn đề như tổn thất áp suất, hiệu suất truyền nhiệt và sự ổn định của dòng chảy trong kênh micro vẫn chưa được làm rõ hoàn toàn.

2.1. Tổn Thất Áp Suất Trong Kênh Micro

Tổn thất áp suất là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất của thiết bị bay hơi. Việc xác định chính xác tổn thất áp suất giúp cải thiện thiết kế và vận hành của hệ thống.

2.2. Hiệu Suất Truyền Nhiệt và Ảnh Hưởng Của Lưu Chất

Hiệu suất truyền nhiệt phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm loại nước và điều kiện vận hành. Nghiên cứu cần tập trung vào việc tối ưu hóa các yếu tố này để đạt được hiệu suất cao nhất.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Quá Trình Bay Hơi Nước Cấp Lò Hơi

Phương pháp nghiên cứu bao gồm các thí nghiệm thực nghiệm để xác định các đặc tính truyền nhiệt của nước cấp lò hơi trong kênh micro. Các thiết bị và mô hình thí nghiệm được thiết kế để thu thập dữ liệu chính xác.

3.1. Thiết Kế Mô Hình Thí Nghiệm

Mô hình thí nghiệm được thiết kế với các kênh micro có kích thước khác nhau để so sánh hiệu suất truyền nhiệt. Việc lựa chọn vật liệu và cấu trúc kênh cũng rất quan trọng.

3.2. Phương Pháp Đo Lường và Phân Tích Dữ Liệu

Các phương pháp đo lường áp suất, nhiệt độ và lưu lượng được sử dụng để thu thập dữ liệu. Phân tích dữ liệu giúp xác định các đặc tính truyền nhiệt và tổn thất áp suất trong quá trình bay hơi.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu và Ứng Dụng Thực Tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng nước cấp lò hơi có đặc tính truyền nhiệt tốt hơn so với các loại nước khác. Các ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu này có thể được áp dụng trong thiết kế lò hơi và các thiết bị trao đổi nhiệt khác.

4.1. So Sánh Đặc Tính Truyền Nhiệt Giữa Các Loại Nước

Kết quả cho thấy nước cấp lò hơi có hiệu suất truyền nhiệt cao hơn so với nước khoáng và nước cất. Điều này mở ra hướng nghiên cứu mới cho việc tối ưu hóa quy trình bay hơi.

4.2. Ứng Dụng Trong Thiết Kế Thiết Bị Bay Hơi

Dữ liệu thu thập được từ nghiên cứu có thể được sử dụng để cải tiến thiết kế các thiết bị bay hơi, giúp nâng cao hiệu suất và giảm chi phí vận hành.

V. Kết Luận và Hướng Nghiên Cứu Tương Lai

Nghiên cứu quá trình bay hơi của nước cấp lò hơi trong kênh micro đã cung cấp nhiều thông tin quý giá. Hướng nghiên cứu tương lai có thể tập trung vào việc phát triển các công nghệ mới để tối ưu hóa hiệu suất truyền nhiệt.

5.1. Tóm Tắt Kết Quả Nghiên Cứu

Kết quả nghiên cứu đã xác định được các đặc tính truyền nhiệt của nước cấp lò hơi, đồng thời chỉ ra rằng kênh micro có hiệu suất tốt hơn so với các kênh khác.

5.2. Đề Xuất Hướng Nghiên Cứu Mới

Hướng nghiên cứu mới có thể bao gồm việc áp dụng các công nghệ nano để cải thiện hiệu suất truyền nhiệt trong kênh micro, mở ra nhiều cơ hội cho các ứng dụng trong tương lai.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN HUY VŨ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM QUÁ TRÌNH BAY HƠI CỦA NƯỚC CẤP LÒ HƠI TRONG KÊNH MICRO NGÀNH: KỸ THUẬT NHIỆT – 8520115 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 5/2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN HUY VŨ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM QUÁ TRÌNH BAY HƠI CỦA NƯỚC CẤP LÒ HƠI TRONG KÊNH MICRO NGÀNH: KỸ THUẬT NHIỆT – 8520115 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS ĐẶNG THÀNH TRUNG LÝ LỊCH KHOA HỌC Tp. Hồ Chí Minh, tháng 5/2021 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI i ii iii iv v vi vii viii LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Nguyễn Huy Vũ Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 02/ 09/ 1993 Nơi sinh: Bình Thuận Quê quán: Phan thiết, Bình thuận Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Số 55, Đường Đặng Văn Lãnh, Phú Tài, Phan Thiết, Bình Thuận Điện thoại nhà riêng: 0868 262 599 hoặc 0942 152 679 E-mail: ks. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: 2. Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh. Ngành học: Công nghệ Nhiệt – Lạnh Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Xây dựng phần mềm xác định tính chất nhiệt vật lý và thời gian cấp đông của thực phẩm. Áp dụng tính toán cho quá trình cấp đông cá thu. Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 15/ 06/ 2015 - tại Xưởng điện lạnh. Người hướng dẫn: TS. Đỗ Hữu Hoàng ix 3. Thạc sĩ: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 10/ 2019 đến 05/ 2021 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại học sư phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh. Ngành học: Kỹ Thuật Nhiệt Tên luận văn: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM QUÁ TRÌNH BAY HƠI CỦA NƯỚC CẤP LÒ HƠI TRONG KÊNH MICRO. Ngày & nơi bảo vệ luận văn: 09/05/2021 – Tại phòng A2 – 201 Trường Đại học sư phạ Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh. Người hướng dẫn: PGS.TS Đặng Thành Trung 4. Trình độ ngoại ngữ (biết ngoại ngữ gì, mức độ): Anh văn bậc 3 5. Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật được chính thức cấp; số bằng, ngày & nơi cấp: Kỹ sư Công nghệ kỹ thuật Nhiệt – Lạnh, số hiệu 319443, số vào sổ cấp bằng 558/876/06. Nơi cấp: Trường Đại học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 3/2016 – Trường Cao Đẳng nghề Bình Thuận Giáo viên 10/2019 x LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu thực nghiệm quá trình bay hơi của nước cấp lò hơi trong kênh Micro” 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. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2021 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Nguyễn Huy Vũ xi LỜI CẢM ƠN Đầu tiên tác giả xin được gửi lời cảm ơn chân thành, tri ân sâu sắc nhất tới thầy PGS. Đặng Thành Trung và thầy NCS. Lê Bá Tân đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn và luôn quan tâm, động viên trong suốt quá trình thực hiện luận văn “Nghiên cứu thực nghiệm quá trình bay hơi của nước cấp lò hơi trong kênh Micro”. Tác giả xin chân thành cảm ơn toàn thể các thầy cô Bộ môn Công nghệ Nhiệt – Điện lạnh, khoa Cơ Khí Động Lực, Trường Đại Học Sư phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh. Các thầy cô đã truyền đạt những kiến thức rất quý báu và luôn tạo điều kiện tốt nhất để chúng em có thể nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình đã luôn quan tâm, động viên và giúp đỡ trong suốt quá trình học tập. Dù đã rất cố gắng để thực hiện luận văn nhưng do hạn chế về chuyên môn, thời gian và nguồn tài liệu tham khảo nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến từ thầy cô để luận văn được hoàn thiện tốt hơn. xii TÓM TẮT Đề tài đã xác định được đặc tính truyền nhiệt trong quá trình bay hơi của nước cấp lò hơi trong kênh micro bằng thực nghiệm. Loại nước này cũng đã được so sánh với ba loại nước khác, đó là: nước khoáng, nước cất và nước tinh khiết. Kết quả cho thấy rằng các đặc tính truyền nhiệt của bốn loại nước trên theo thứ tự tăng dần từ thấp đến cao: nước cất, nước lò hơi, nước tinh khiết và nước khoáng. Kết quả cũng cho thấy rằng khi thành phần tổng rắn hòa tan càng cao thì đặc tính truyền nhiệt càng cao. Bên cạnh đó đề tài còn thực hiện việc so sánh ba mẫu thiết bị bay hơi kênh micro với một thiết bị bay hơi kênh mini có cùng chiều dài. Kết quả trong nghiên cứu này cho thấy rằng mẫu kênh micro có chiều dài ngắn nhất có đặc tính truyền nhiệt tốt nhất. Thêm vào đó tổn thất áp suất cho các thiết bị bay hơi này cũng đã được xác định bằng thực nghiệm cho hai trường hợp đo lường: Xác định tổn thất áp suất từ hai cảm biến áp suất tại hai đầu thiết bị và xác định tổn thất áp suất từ bộ chênh lệch hiệu áp suất. Cả hai cách đo lường này đều cho ra kết quả sai lệch không đáng kể. Một kết quả thực nghiệm điển hình cho mẫu A sử dụng nước khoáng như sau: Ở nhiệt độ đầu vào 40oC và hơi ra có nhiệt độ trung bình là 107oC, khi lưu lượng thay đổi từ 0,04 – 0,09 g/s thì mật độ dòng tăng từ 42764,4 W/m2 đến 93513,1 W/m2, hệ số truyền nhiệt tổng tăng từ 1706,9 W/m2.oC, hệ số tỏa nhiệt đối lưu tăng từ 1715 W/m2.oC và tổn thất áp suất tăng từ 775 Pa đến 1550 Pa. Những dữ liệu từ thực nghiệm trên rất cần thiết để kiểm chứng các kết quả từ phương pháp mô phỏng số, góp phần quan trọng cho việc tính toán thiết kế các thiết bị bay hơi kênh micro. xiii ABSTRACT The thesis determined the heat transfer phenomena during the evaporation of the boiler water in the microchannels by using the experimental method. This type of water was also compared to three other types of water including the mineral water, the distilled water, and the drinking water. The results show that the heat transfer phenomena of the types of water above increase from low to high: the distilled water, the boiler water, the drinking water, and the mineral water. Moreover, the more the hardness components (or the total dissolved solids), the higher the heat transfer characteristics obtains. Besides, the study compared with three microchannel evaporators and with a minichannel evaporator of the same channel length. The results indicate that the microchannel evaporator with the shortest channel length has the best heat transfer characteristics. In addition, the pressure drops for these evaporators were determined experimentally for two measurement methods: determining the pressure drop from two pressure sensors at the ends of the device and determining the pressure drop from a difference pressure transducer. The results obtained from two measurement methods are the same. Typical experimental results for the microchannel evaporator A using the mineral water are as follows: at the inlet temperature of 40oC and the average outlet steam temperature of 107 oC, when the mass flow rate varies from 0.09 g/s, the heat flux increases from 42764.1 W/m2, the overall heat transfer coefficient increases from 1706.oC, the heat transfer coefficient increases from 1715 W/m2.oC, and the pressure drop increases from 775 Pa to 1550 Pa. xiv The data above are essential to verify the results of the numerical simulation, making an important contribution for designing the microchannel evaporator. xv MỤC LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI .i LÝ LỊCH KHOA HỌC .ix LỜI CAM ĐOAN .xi LỜI CẢM ƠN . xiii MỤC LỤC .xvi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .xix DANH MỤC HÌNH ẢNH . xx DANH MỤC CÁC BẢNG. xxii CHƯƠNG 1. Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu . Nghiên cứu ngoài nước . Nghiên cứu trong nước . Mục tiêu của đề tài. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu . Đối tượng nghiên cứu . Phạm vi nghiên cứu . Nội dung và phương pháp nghiên cứu .1 Nội dung nghiên cứu.2 Phương pháp nghiên cứu . Lý thuyết truyền nhiệt. Quá trình sôi động bên trong . Sự sôi của dòng môi chất hai pha liên quan đến quá trình bay hơi . Nhiệt độ trung bình Logarit . Dòng nhiệt truyền qua thiết bị . Mật độ dòng nhiệt . Hệ số truyền nhiệt tổng . Hiệu suất truyền nhiệt . Tổn thất áp suất . 20 THIẾT LẬP MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM . Tính toán và thiết kế mô hình thí nghiệm. Thiết lập mô hình thực nghiệm. Dụng cụ thí nghiệm . Bơm Jasco: PU – 2087 plus . Tháp gia nhiệt . Cân điện tử . Bộ điều chỉnh công suất . Bộ xử lý tín hiệu MX - 100. Bộ số hóa tín hiệu áp suất . Đồng hồ đa năng . Thiết bị đo nhiệt độ EXTECH 421509 . 36 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. Gia nhiệt kênh micro bằng hai điện trở . Quá trình sinh hơi quá nhiệt của nước cấp lò hơi . Nước cấp lò hơi– mẫu A . Nước cấp lò hơi – Mẫu B. Nước cấp lò hơi – Mẫu C. Nước cấp lò hơi – Mẫu mini A . Ảnh hưởng của kích thước kênh đến quá trình bay hơi . Hiệu suất quá trình bay hơi kênh micro . Hiệu suất của kênh mini so với kênh micro. Ảnh hưởng của lưu chất đến mật độ dòng nhiệt. Ảnh hưởng của lưu chất đến hệ số tỏa nhiệt đối lưu . Ảnh hưởng của lưu chất đến hệ số truyền nhiệt tổng . 58 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ . 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO . 66 xviii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Q : Dòng nhiệt truyền qua thiết bị, (W). m : Lưu lượng khối lượng, (kg/s). To : Nhiệt độ trung bình của lưu chất ở trạng thái hơi đầu ra, (oC). Ti : Nhiệt độ trung bình của lưu chất ở trạng thái lỏng đầu vào, (oC). i1 : Enthalpy nhiệt độ ở trạng thái lỏng đầu vào, (kJ/kg). i2 : Enthalpy nhiệt độ ở trạng thái hơi đầu ra, (kJ/kg). q : Mật độ dòng nhiệt, (W/m2). A : Diện tích truyền nhiệt, (m2). U : Hệ số truyền nhiệt tổng, (W/m2. ∆T𝑙𝑚 : Độ chênh nhiệt độ trung bình Logarit, (oC). Ts : Nhiệt độ trung bình bề mặt, (oC).