Nghiên cứu tối ưu kích thước quạt thổi Roots dẫn động bằng bánh răng không tròn trong kỹ thuật cơ khí

LỜI CẢM ƠN

LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG BIỂU

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ QUẠT THỔI RÔTO KHÔNG TIẾP XÚC KIỂU ROOTS

1.1. Tổng quan về quạt thổi rôto không tiếp xúc kiểu Roots

1.2. Lịch sử phát triển của quạt thổi rôto không tiếp xúc kiểu Roots

1.3. Ứng dụng của quạt thổi rôto không tiếp xúc kiểu Roots

1.4. Tình hình nghiên cứu ngoài nước về QTRTKTX kiểu Roots

1.5. Những nghiên cứu về cải tiến và phát triển biên dạng rôto của máy

1.6. Nghiên cứu về lưu lượng và áp suất của máy

1.7. Những nghiên cứu về hiệu suất biến đổi thủy lực của máy

1.8. Các giải pháp tăng áp suất, lưu lượng và chất lượng dòng chảy qua máy

1.9. Nghiên cứu về tối ưu

1.10. Tình hình nghiên cứu trong nước

1.11. Thống kê về các công trình công bố về máy MTLTTRTKTX kiểu Roots

1.12. Các luận văn, luận án trong và ngoài nước nghiên cứu về MTLTTRTKTX kiểu Roots

1.13. Phân tích, đánh giá thảo luận

1.14. Kết luận chương 1

2. CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP BIÊN DẠNG MỚI THIẾT KẾ RÔTO CỦA QUẠT THỔI KHÔNG TIẾP XÚC

2.1. Thiết lập phương trình toán học mô tả biên dạng rôto đề xuất mới

2.2. Mô tả nguyên lý hình thành biên dạng rôto

2.3. Thiết lập phương trình biên dạng rôto

2.4. Điều kiện hình thành biên dạng rôto

2.5. Kiểm tra điều kiện cắt chân răng

2.6. Xác định điều kiện ràng buộc các thông số thiết kế đặc trưng hình thành biên dạng rôto

2.7. Sự hình thành các buồng hút và đẩy của quạt

2.8. Xác định các thông số kích thước thiết kế hình học hình thành quạt thổi theo các thông số thiết kế đặc trưng

2.9. Hệ số sử dụng thể tích của quạt

2.10. Biểu thức xác định HSSDTT

2.11. So sánh HSSDTT của quạt thổi theo đề xuất của luận án với một số nghiên cứu đã có đến thời điểm hiện tại

2.12. Hiện tượng trượt biên dạng rôto

2.13. Thiết lập phương trình đường ăn khớp

2.14. Xác định vận tốc trượt tương đối tại điểm tiếp xúc giữa hai rôto

2.15. Hệ số trượt

2.16. Thiết lập phương trình mô tả biên dạng thực rôto của quạt thổi mới

2.17. Kết luận chương 2

3. CHƯƠNG 3: TỐI ƯU KÍCH THƯỚC THIẾT KẾ CỦA QUẠT THỔI THEO LƯU LƯỢNG CHO TRƯỚC

3.1. Thiết lập công thức xác định lưu lượng của quạt thổi Roots

3.2. Lưu lượng của quạt thổi

3.3. Sự biến đổi thể tích các buồng hút và buồng đẩy theo góc quay của trục dẫn động

3.4. Ảnh hưởng của TSTKĐT đến sự biến đổi thể tích buồng hút và buồng đẩy

3.5. Ảnh hưởng của TSTKĐT đến lưu lượng tức thời

3.6. Dao động lưu lượng của quạt

3.7. So sánh lưu lượng của quạt được luận án đề xuất so với các nghiên cứu trước đó

3.8. Tối ưu góc lệch pha để giảm dao động lưu lượng

3.9. Tối ưu các TSTKĐT theo lưu lượng cho trước bằng giải thuật di truyền

3.10. Tối ưu các TSTKĐT bằng thuật toán vét cạn

3.11. Tối ưu các TSTKĐT của quạt thổi Roots theo lưu lượng cho trước bằng giải thuật di truyền

3.12. Kết luận chương 3

4. CHƯƠNG 4: ẢNH HƯỞNG CỦA KHE HỞ ĐẾN TỔN THẤT LƯU LƯỢNG, TỤT ÁP SUẤT CỦA QUẠT VÀ THỰC NGHIỆM KIỂM CHỨNG

4.1. Thiết lập phương trình mô tả áp suất của quạt thổi Roots

4.2. Sự biến đổi áp suất tức thời của buồng hút và buồng đẩy

4.3. Dao động áp suất của quạt thổi Roots

4.4. Sự biến đổi áp suất trong quá trình nén

4.5. Thiết lập phương trình xác định tổn thất lưu lượng và áp suất

4.6. Xác định diện tích tiết diện khe hở của quạt thổi Roots

4.7. Tính toán vận tốc dòng chất khí qua khe hở

4.8. Mô hình toán học xác định hiện tượng tụt áp suất

4.9. Mô hình toán học xác định tổn thất lưu lượng

4.10. Đánh giá ảnh hưởng của khe hở đến tổn thất lưu lượng và hiện tượng tụt áp

4.11. Mô phỏng số quạt thổi rôto không tiếp xúc kiểu Roots

4.12. Mô hình toán học mô phỏng số

4.13. Mô hình 3D quạt thổi Roots

4.14. Điều kiện biên và các thông số mô phỏng

4.15. Kết quả mô phỏng số

4.16. Kiểm chứng kết quả mô phỏng số so với tính toán lý thuyết

4.17. Thí nghiệm kiểm chứng trên mẫu chế tạo thử từ kết quả nghiên cứu lý thuyết của luận án

4.18. Chế tạo thử nghiệm quạt thổi rôto không tiếp xúc kiểu Roots

4.19. Thí nghiệm xác định lưu lượng riêng và đường đặc tính của quạt

4.20. Kết luận chương 4

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về quạt thổi rôto không tiếp xúc kiểu Roots

Chương này cung cấp cái nhìn tổng quan về quạt thổi rôto không tiếp xúc kiểu Roots, bao gồm lịch sử phát triển, ứng dụng và tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước. Quạt thổi rôto không tiếp xúc được phát minh từ thế kỷ 19 và đã trải qua nhiều cải tiến để ứng dụng trong các lĩnh vực công nghiệp, an ninh quốc phòng và đời sống dân sinh. Các nghiên cứu tập trung vào cải tiến biên dạng rôto, tối ưu lưu lượng và áp suất, cũng như nâng cao hiệu suất thủy lực. Trong nước, các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào giải mã công nghệ và khảo sát đặc tính thông qua mô phỏng.

1.1. Lịch sử phát triển

Quạt thổi rôto không tiếp xúc được phát minh bởi George Johnes vào năm 1843 và được cải tiến bởi anh em nhà Roots vào năm 1860. Từ đó, loại máy này đã được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống thông gió và công nghiệp.

1.2. Ứng dụng

Quạt thổi rôto không tiếp xúc được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như xi măng, giấy, hóa chất, xử lý nước thải và khai thác khoáng sản. Chúng đóng vai trò quan trọng trong việc vận chuyển lưu chất khí với lưu lượng lớn.

II. Nghiên cứu tổng hợp biên dạng mới thiết kế rôto

Chương này tập trung vào việc thiết lập phương trình toán học mô tả biên dạng rôto mới dựa trên nguyên lý dẫn động của cặp bánh răng không tròn. Các phương trình được xây dựng để đảm bảo điều kiện hình thành biên dạng rôto và kiểm tra điều kiện cắt chân răng. Ngoài ra, chương này cũng xác định các thông số kích thước thiết kế hình học và hệ số sử dụng thể tích của quạt.

2.1. Thiết lập phương trình biên dạng rôto

Phương trình toán học mô tả biên dạng rôto mới được thiết lập dựa trên nguyên lý dẫn động của cặp bánh răng không tròn. Các điều kiện hình thành biên dạng và kiểm tra cắt chân răng được xác định để đảm bảo tính khả thi của thiết kế.

2.2. Hệ số sử dụng thể tích

Hệ số sử dụng thể tích (HSSDTT) của quạt được tính toán và so sánh với các nghiên cứu trước đó. Kết quả cho thấy thiết kế mới có hiệu suất thể tích cao hơn.

III. Tối ưu kích thước thiết kế của quạt thổi

Chương này trình bày quá trình tối ưu kích thước thiết kế của quạt thổi Roots theo lưu lượng cho trước. Các công thức xác định lưu lượng và sự biến đổi thể tích buồng hút và buồng đẩy được thiết lập. Các giải thuật di truyền và thuật toán vét cạn được sử dụng để tối ưu các thông số thiết kế đặc trưng (TSTKĐT).

3.1. Thiết lập công thức lưu lượng

Công thức xác định lưu lượng của quạt thổi Roots được thiết lập dựa trên sự biến đổi thể tích buồng hút và buồng đẩy theo góc quay của trục dẫn động.

3.2. Tối ưu thông số thiết kế

Các TSTKĐT được tối ưu bằng giải thuật di truyền và thuật toán vét cạn để đạt được lưu lượng cho trước với kích thước thiết kế nhỏ nhất.

IV. Ảnh hưởng của khe hở đến tổn thất lưu lượng và áp suất

Chương này nghiên cứu ảnh hưởng của khe hở đến tổn thất lưu lượng và hiện tượng tụt áp suất của quạt thổi Roots. Các phương trình mô tả áp suất và tổn thất lưu lượng được thiết lập. Kết quả mô phỏng số và thí nghiệm kiểm chứng được thực hiện để đánh giá hiệu quả của thiết kế.

4.1. Mô hình toán học

Các phương trình mô tả áp suất và tổn thất lưu lượng được thiết lập để đánh giá ảnh hưởng của khe hở đến hiệu suất của quạt.

4.2. Mô phỏng số và thí nghiệm

Kết quả mô phỏng số và thí nghiệm kiểm chứng cho thấy thiết kế mới giảm thiểu tổn thất lưu lượng và tụt áp suất, đảm bảo hiệu suất làm việc của quạt.

Luận án tiến sĩ: Tối ưu hóa kích thước quạt thổi Roots sử dụng bánh răng không tròn trong kỹ thuật cơ khí