Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo và mô phỏng các yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính dòng chảy trong kênh micro

• Tác giả: Trần Quốc Khánh
• Người hướng dẫn: TS. Đặng Hùng Sơn
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Nhiệt
• Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và mô phỏng số các yếu tố ảnh hưởng tới đặc tính dòng chảy trong kênh Micro
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu thiết bị tản nhiệt microchannel
• 1.2. Ứng dụng kênh tản nhiệt
• 1.3. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.4. Lý do chọn đề tài
• 1.5. Mục tiêu đề tài
• 1.6. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.6.1. Đối tượng nghiên cứu
• 1.6.2. Phạm vi nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Các nghiên cứu trong và ngoài nước
• 2.1.1. Nghiên cứu trong nước
• 2.1.2. Nghiên cứu ngoài nước
• 2.2. Phương pháp và công cụ nghiên cứu
• 2.2.1. Phương pháp Taguchi
• 2.2.2. Công cụ Autodesk Inventor Professional
• 2.2.3. Công cụ Ansys WorkBench Student
• 2.2.4. Công cụ Matlab
• 2.2.5. Công cụ Minitab
• 3. CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG VÀ MÔ PHỎNG MODEL
• 3.1. Thiết lập model theo phương pháp Taguchi
• 3.2. Cơ sở sử dụng bảng Taguchi phù hợp với Model
• 3.3. Xây dựng Model theo phương pháp Taguchi
• 3.4. Xây dựng model bằng phần mềm Inventer
• 3.5. Mô phỏng bằng phần mềm Ansys
• 3.5.1. Thiết lập Geometry
• 3.5.2. Thiết lập Mesh
• 3.5.3. Thiết lập các thông số và chạy mô phỏng
• 4. CHƯƠNG 4: XỬ LÝ KẾT QUẢ BẰNG PHẦN MỀM MINITAB
• 4.1. Tạo bảng Taguchi trong Minitab
• 4.2. Phân tích kết quả mô phỏng để tối ưu từng biến
• 4.3. Phân tích taguchi
• 4.4. Phân tích anova
• 4.5. So sánh kết quả giữa phương pháp taguchi và anova
• 4.6. Phân tích kết quả mô phỏng để tối ưu theo đa biến
• 4.6.1. Các bước phân tích kết quả để tối ưu theo đa biến
• 4.6.2. Kết quả của từng cặp biến
• 5. CHƯƠNG 5: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ MÔ PHỎNG TRƯỜNG NHIỆT ĐỘ CỦA MODEL ĐƯỢC GIA CÔNG
• 5.1. Chọn mô hình gia công
• 5.2. Chọn điểm xét trường nhiệt độ, vẽ đồ thị trường nhiệt độ trên các sườn và xuất dữ liệu ra excel
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 6.1. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Thiết kế kênh micro

Thiết kế kênh micro là bước đầu tiên trong quá trình nghiên cứu, tập trung vào việc xác định các thông số kỹ thuật như chiều rộng, chiều cao, hình dạng và độ dày của kênh. Các yếu tố này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất truyền nhiệt và dòng chảy trong kênh. Phương pháp Taguchi được áp dụng để tối ưu hóa thiết kế, giảm thiểu sự biến động và đảm bảo tính ổn định của sản phẩm. Phần mềm Autodesk Inventor được sử dụng để xây dựng mô hình 3D, cho phép mô phỏng và phân tích các thông số kỹ thuật một cách chính xác.

1.1. Phương pháp Taguchi

Phương pháp Taguchi được sử dụng để thiết kế các thử nghiệm nhằm xác định các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của kênh micro. Bằng cách sử dụng bảng trực giao, các thử nghiệm được thiết kế để giảm thiểu số lượng thí nghiệm cần thực hiện mà vẫn đảm bảo độ chính xác. Phương pháp này giúp xác định các thông số tối ưu cho thiết kế kênh micro, bao gồm chiều rộng, chiều cao và hình dạng kênh.

1.2. Sử dụng Autodesk Inventor

Phần mềm Autodesk Inventor được sử dụng để xây dựng mô hình 3D của kênh micro. Công cụ này cho phép thiết kế chi tiết các thông số kỹ thuật và mô phỏng các điều kiện hoạt động thực tế. Nhờ đó, các kỹ sư có thể đánh giá hiệu suất của kênh micro trước khi tiến hành chế tạo, giảm thiểu rủi ro và chi phí.

II. Chế tạo kênh micro

Chế tạo kênh micro là quá trình biến các thiết kế lý thuyết thành sản phẩm thực tế. Vật liệu chính được sử dụng là nhôm, do khả năng dẫn nhiệt tốt và độ bền cao. Quá trình chế tạo bao gồm gia công cơ khí để tạo ra các kênh micro với kích thước và hình dạng chính xác. Các thông số kỹ thuật được kiểm tra kỹ lưỡng để đảm bảo sản phẩm đáp ứng các yêu cầu thiết kế.

2.1. Vật liệu và gia công

Nhôm được chọn làm vật liệu chính cho kênh micro do khả năng dẫn nhiệt tốt và chi phí hợp lý. Quá trình gia công cơ khí được thực hiện để tạo ra các kênh micro với độ chính xác cao, đảm bảo các thông số kỹ thuật như chiều rộng, chiều cao và độ dày được tuân thủ nghiêm ngặt.

2.2. Kiểm tra chất lượng

Sau khi chế tạo, các kênh micro được kiểm tra chất lượng để đảm bảo chúng đáp ứng các yêu cầu thiết kế. Các thông số như kích thước, độ dày và hình dạng được đo lường và so sánh với thiết kế ban đầu. Quá trình kiểm tra này giúp phát hiện và khắc phục các sai sót trước khi đưa sản phẩm vào sử dụng.

III. Mô phỏng dòng chảy

Mô phỏng dòng chảy là bước quan trọng để đánh giá hiệu suất của kênh micro. Phần mềm Ansys Workbench được sử dụng để mô phỏng các điều kiện dòng chảy và truyền nhiệt trong kênh. Các thông số như nhiệt độ, áp suất và vận tốc dòng chảy được phân tích để xác định hiệu suất truyền nhiệt và các yếu tố ảnh hưởng đến dòng chảy.

3.1. Thiết lập mô phỏng

Quá trình mô phỏng bắt đầu với việc thiết lập các thông số đầu vào như nhiệt độ, áp suất và vận tốc dòng chảy. Phần mềm Ansys Workbench được sử dụng để tạo lưới mô phỏng và thiết lập các điều kiện biên. Các thông số này được nhập vào phần mềm để bắt đầu quá trình mô phỏng.

3.2. Phân tích kết quả

Sau khi mô phỏng, các kết quả được phân tích để đánh giá hiệu suất của kênh micro. Các thông số như nhiệt độ, áp suất và vận tốc dòng chảy được so sánh với các giá trị lý thuyết để xác định độ chính xác của mô phỏng. Kết quả này giúp xác định các yếu tố ảnh hưởng đến dòng chảy và đề xuất các cải tiến thiết kế.

IV. Yếu tố ảnh hưởng dòng chảy

Các yếu tố ảnh hưởng dòng chảy trong kênh micro bao gồm kích thước kênh, hình dạng kênh, vật liệu và lưu chất làm mát. Các yếu tố này được nghiên cứu và phân tích để xác định ảnh hưởng của chúng đến hiệu suất truyền nhiệt và dòng chảy. Kết quả nghiên cứu giúp tối ưu hóa thiết kế kênh micro để đạt hiệu suất cao nhất.

4.1. Kích thước và hình dạng kênh

Kích thước và hình dạng kênh có ảnh hưởng lớn đến dòng chảy và hiệu suất truyền nhiệt. Các kênh có kích thước nhỏ hơn thường có hệ số truyền nhiệt cao hơn, nhưng cũng dễ gây tắc nghẽn. Hình dạng kênh cũng ảnh hưởng đến sự phân bố nhiệt và dòng chảy, với các kênh hình chữ nhật và tam giác được nghiên cứu kỹ lưỡng.

4.2. Vật liệu và lưu chất

Vật liệu chế tạo kênh micro và lưu chất làm mát cũng là các yếu tố quan trọng. Nhôm được chọn do khả năng dẫn nhiệt tốt, trong khi nước được sử dụng làm lưu chất do tính chất vật lý và hóa học thuận lợi. Các nghiên cứu cũng xem xét việc sử dụng chất lỏng nano để cải thiện hiệu suất truyền nhiệt.