MỞ ĐẦU 1.1 Tổng quan về phần mềm EES EES là từ viết tắt của Engineering Equation Solver một chương trình giải các phương trình tổng quát bằng hàng ngàn phương trình đại số và vi phân phi tuyến tính kết hợp. EES cung cấp các hàm cơ bản của một tập hợp các phương trình đại số như phương trình vi phân, phương trình với các biến phức tạp, thực hiện khả năng tối ưu hóa, cung cấp tuyến tính và hồi quy phi tuyến tính, chuyển đổi đơn vị, kiểm tra tính nhất quán của đơn vị tự động,. Tính năng chính của EES là có khả năng lập trình, truy xuất các thông số nhiệt vật lý của lưu chất và xây dựng giao diện trên cơ sở dữ liệu thuộc tính nhiệt động và vận chuyển có độ chính xác cao của hàng trăm chất để giải phương trình. Các phiên bản của EES đã được phát triển cho máy tính Apple Macintosh và cho các hệ điều hành Microsoft Windows (XP, 7, 8 và 10).
EES có thể giải quyết tới 6.000 phương trình phi tuyến tính đồng thời (phiên bản thương mại), phiên bản Professional 32 bit có thể giải quyết 12.000 phương trình đồng thời, phiên bản 64 bit tăng giới hạn này lên 24.000 phương trình. Có hai sự khác biệt chính giữa EES và giải phương trình đại số hiện có. Đầu tiên, EES tự động xác định các phương trình nhóm phải được giải đồng thời. Tính năng này đơn giản hóa quy trình cho người dùng, đảm bảo rằng người giải sẽ luôn hoạt động với hiệu quả tối ưu.
Thứ hai, EES cung cấp nhiều chức năng tích hợp thuộc tính toán học và vật lý cơ nhiệt hữu ích cho các tính toán kỹ thuật. Thư viện các hàm thuộc tính toán học và vật lý trong EES rất rộng cho phép người dùng nhập thông tin của mình theo ba cách. Đầu tiên, nhập và nội suy bảng dữ liệu được cung cấp dưới dạng bảng sử dụng trực tiếp việc giải phương trình. Thứ hai, ngôn ngữ EES hỗ trợ các chức năng và quy trình do người dùng viết tương tự như các chức năng trong Pascal và FORTRAN.
EES cũng cung cấp hỗ trợ cho các mô-đun do người dùng tự viết chứa các chương trình EES có thể được truy cập bởi các chương trình EES khác. Chức năng các mô-đun có thể được lưu dưới dạng thư viện tệp được tự động đọc khi EES được bắt đầu. Thứ ba, các chức năng và thủ tục được biên dịch và viết bằng ngôn ngữ cấp cao có thể được liên kết động với EES và tích hợp vào hệ điều hành Windows. 7 Luan van EES đặc biệt hữu ích cho các vấn đề thiết kế trong đó cần xác định ảnh hưởng của một hoặc nhiều tham số, phù hợp cho hướng dẫn trong các khóa học kỹ thuật cơ khí và thực hành khi kỹ sư phải đối mặt với việc phải giải quyết các vấn đề thực tế.
Chương trình này cung cấp Bảng tham số, tương tự như bảng tính. Người dùng xác định các biến độc lập bằng cách nhập giá trị của chúng vào các ô của bảng. EES sẽ tính toán các giá trị của các biến phụ thuộc trong bảng và mối quan hệ của các biến trong bảng sau đó được xuất ở các ô. Đối với lĩnh vực nhiệt lạnh, EES cung cấp các thuộc tính và dữ liệu có tính chính xác cao cho nhiều chất lỏng tinh khiết và một số hỗn hợp chất làm lạnh hữu cơ như R407C, R410A, R449A, R450A.
R452A, R452B, R454C, R507A, R508B, R513A, R514A và amoniac-nước. Ngoài ra EES còn cung cấp các dữ liệu về nhiệt động lực học, cơ học chất lỏng và truyền nhiệt trong tất cả các chế độ chất lỏng, bao gồm cả chất lỏng nén và các trạng thái quan trọng, các chức năng trao đổi nhiệt và đối lưu làm giảm đáng kể khả năng sai sót trong các tính toán cần thiết để phân tích và thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt.2 Tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài Hiện nay với các kho lạnh công suất nhỏ, việc tính toán và thiết kế kho lạnh có thể sử dụng một số phần mềm như Cool room calculator, Coolseclector- Danfoss,.Tuy nhiên các phần mềm này chỉ xuất được năng suất lạnh yêu cầu. Với mong muốn có một phần mềm tính toán thiết kế kho lạnh với nhiều thông số đầu ra nhằm phục vụ quá trình học tập nghiên cứu cho sinh viên ngành nhiệt. Tuy nhiên hiện nay trong nước chưa thấy có phần mềm nào được viết để hỗ trợ công việc này.3 Lý do chọn đề tài Lạnh công nghiệp là một trong những lĩnh vực quan trọng, hỗ trợ tích cực cho ngành chế biến và bảo quản thực phẩm.
Việc tính toán thiết kế kho lạnh là một trong những công việc mà sinh viên ngành nhiệt lạnh phải thực hiện. Với mong muốn việc tính toán thiết kế kho lạnh nhanh chóng, thuận lợi với nhiều thông số đầu ra nhằm phục vụ cho quá trình học tập, nghiên cứu và làm việc nên nhóm tác giả chọn đề tài: “Nghiên cứu viết phần mềm tính toán thiết kế kho lạnh công suất nhỏ trên nền tảng phần mềm EES” với mục tiêu tạo ra phần mềm tính toán thiết kế trực quan, sinh động hỗ trợ cho sinh viên ngành nhiệt trong công việc của mình.4 Mục tiêu đề tài Xây dựng phần mềm tính toán, thiết kế kho lạnh công suất nhỏ Xây dựng phần mềm tính toán, thiết kế kho lạnh nhằm hỗ trợ cho sinh viên ngành nhiệt trong quá trình học tập và nghiên cứu.5 Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: nghiên cứu các lý thuyết liên quan đến tính toán, thiết kế kho lạnh. Sau đó tổng hợp và tiến hành trên nền tảng phần mềm EES. Phương pháp thực nghiệm: tiến hành lập trình, viết phương trình tính toán.
Sau đó so sánh với một số công cụ tính toán hiện có và đánh giá độ tin cậy của chương trình.6 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Chương trình tính toán được viết trên nền tảng phần mềm EES. Chương trình áp dụng để tính toán thiết kế các kho lạnh có công suất nhỏ. 9 Luan van CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Cơ sở tính toán 2.1 Các loại kho lạnh Các loại kho lạnh được đề cập trong phần mềm bao gồm: - Kho lạnh pannel. - Kho lạnh pannel với nền bêtông.
- Kho lạnh với cửa bằng kính. Các dải nhiệt độ áp dụng thiết kế: - Kho lạnh âm: -200C - Kho lạnh dương: 00C - Buồng chế biến lạnh: 150C 2.2 Các dữ liệu sản phẩm Các dữ liệu sản phẩm trong phần mềm gồm 3 nhóm sản phẩm, tương ứng với 3 dải nhiệt độ kho áp dụng bao gồm: - Nhóm sản phẩm có nhiệt độ bảo quản nhỏ hơn nhiệt độ đóng băng của sản phẩm (Frozen) bao gồm: Thịt cừu, gia cầm, thịt heo, thịt thỏ, thịt bê, cá đông lạnh, kem. - Nhóm sản phẩm có nhiệt độ bảo quản lớn hơn nhiệt độ đóng băng của sản phẩm (Frozen) và nhỏ hơn hoặc bằng 00C (Refrigerated) bao gồm: + Nhóm thịt động vật: Thịt gà, thịt vịt, thịt thỏ, thịt cừu, thịt lợn, gà tây, thịt bê, sò, hàu, tôm, cá thu, cá ngừ. + Nhóm rau củ quả: Bắp cải, măng tây, củ cải đỏ, bông cải xanh, cải bắp, cà rốt, súp lơ, rau cần tây, tỏi, bắp, rau diếp, nấm, hành, đậu.
+ Nhóm trái cây: táo, mơ, anh đào, nho, trái cam, đào, lê, mận, lựu, dâu, quýt. - Nhóm sản phẩm có nhiệt độ bảo quản lớn hơn 00C (Fresh) bao gồm: + Nhóm rau củ quả: dưa chuột, đậu xanh, cà chua, tiêu, khoai tây, cà chua. + Nhóm trái cây: bơ, chuối, nho, chanh, dưa, dứa, dưa hấu. + Nhóm thực phẩm khác: rượu, bia, bơ, phomat, mật ong, sữa, thuốc, trứng, trái cây sấy, hoa.
10 Luan van Các dữ liệu của sản phẩm đưa vào phần mềm bao gồm: nhiệt độ bảo quản, độ ẩm bảo quản, hàm lượng nước trong sản phẩm, nhiệt độ điểm đóng băng và entanpy sản phẩm ứng với nhiệt độ tra bảng 2 phần phụ lục [1].3 Thông số khí hậu địa phương lắp đặt Căn cứ vào nhiệt độ và thời tiết của Trung Tâm Khí Tượng Thủy Văn Việt Nam ta có bảng thông số khí hậu 32 tỉnh thành phố lớn cả nước Hình 1. Thời tiết ở Ho Chi Minh City dựa vào phần mềm Climatic Data – ASHRAE 1997 Fundamentals 2.2 Tính toán kết cấu kho lạnh Thể tích kho lạnh Thể tích kho được xác định theo công thức sau: E V= gv , m3 (TLTK 2, trang 33) Trong đó: E: Năng suất kho lạnh, (kg sản phẩm) 𝑔𝑣 : Định mức chất tải của các loại kho lạnh, (kg/m3) Định mức chất tải xác định theo Phụ lục 3 phần phụ lục. Diện tích chất tải Diện tích chất tải của các kho lạnh được xác định theo công thức sau: 11 Luan van V F= h , m2 (TLTK 2, trang 33) Với: F: Diện tích chất tải, m2 h: Chiều cao chất tải của kho lạnh, m Thông thường h1 = H-2δ với H: chiều cao phủ bì kho lạnh và δ là bề dày cách nhiệt. Chiều cao phòng trữ đông: h = hct + htb Với hct : chiều cao chất tải htb : chiều cao đặt thiết bị bay hơi, quạt hoăc lối đi của gió.
Kiểm tra nhiệt độ đọng sương t −ts k s < 0,95. α1 n , W ⁄m2 K (TLTK 2, trang 87) tn −tf Với: 𝛼1 = 23.3 𝑊 ⁄𝑚2 𝐾: hệ số tỏa nhiệt bề mặt ngoài của tường bao che t f : Nhiệt độ trong buồng lạnh,℃ t n : Nhiệt độ môi trường ngoài ℃ t s : Nhiệt độ đọng sương của môi trường, tra theo đồ thị I-d với nhiệt độ môi trường t1 và độ ẩm 𝜑 Điều kiện để vách ngoài không đọng sương là: k ≤ k s , với k là hệ số truyền nhiệt thực tế qua tường. 12 Luan van Hệ số m đặc trưng cho sự tăng trở nhiệt của nền khi có lớp cách nhiệt Nếu nền không có cách nhiệt thì m = 1.25( 1 + 2 + ⋯ + n ) ƛ1 ƛ2 ƛn Hệ số truyền nhiệt vách 1 k= 1 δ 1 +⅀( i + ) α1 ƛi α2 Trong đó: α1 : Hệ số tỏa nhiệt mặt ngoài vách; W/m2.K α2 : Hệ số tỏa nhiệt mặt trong vách; W/m2.K δi : Chiều dày lớp thứ i của vách; m ƛi : Hệ số dẫn nhiệt lớp thứ i của vách; W/m.K Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt tra Phụ lục 6 phần phụ lục 2.