Tóm tắt Luận án Nghiên cứu quá trình truyền nhiệt - Truyền chất trong bình hấp thụ của máy lạnh hấp thụ Nh3 - H2O loại liên tục phù hợp với điều kiện Việt Nam

làm cho COP tăng rất nhanh và đạt cực đại. Nếu tiếp tục tăng nhiệt độ phát sinh thì COP giảm. Nhiệt độ bay hơi càng thấp, hệ thống có nhiệt độ phát sinh khởi động càng cao, thì COP cực đại càng thấp. Theo hình 3.2, tc = 33 oC; ta =34 oC, nhiệt độ phát sinh tối ưu đạt được tg_opt = [97, 106, 111, 116, 122]( oC) tương ứng với hệ số hiệu suất nhiệt tối ưu COPopt = [0,51; 0,476; 0,46; 0,446; 0,433] khi nhiệt độ bay hơi lần lượt là te = [-5, -11, -14, -17, -20](oC). Từ mô phỏng sự thay đổi hệ số hiệu suất, nhiệt độ bay hơi yêu cầu là -19oC, nhiệt độ ngưng tụ và nhiệt độ hấp thụ lần lượt là 33oC và 34oC, nhiệt độ phát sinh là 120oC thì hệ số hiệu suất của máy lạnh hấp thụ sẽ đạt cực đại. Từ mô phỏng hệ thống tại COP cực đại, nồng độ dung dịch loãng tìm được là Cws = 0,267; nồng độ dung dịch đậm đặc tìm được là Css = 0,365. Nồng độ dung dịch hoạt động trung bình trong máy lạnh là 0,316. Vùng dung dịch nạp được định hướng trong phạm vi 0,295 tới 0,325. Các thí nghiệm để xác định nồng độ dung dịch nạp phù hợp sẽ được thực hiện trong phạm vi này. Hình 3.2 COP và nhiệt độ phát sinh tại các nhiệt độ bay hơi theo mô phỏng 11 Mô phỏng bộ hấp thụ 3.2.1 Mô phỏng phần tử thể tích ống 3.2.1.1 Mô hình toán của phần tử Các phương trình liên tục, phương trình động lượng, phương trình năng lượng, phương trình truyền chất của lớp màng dung dịch chảy trên chùm ống được mô tả 2 chiều [70], [66], [45], [67], [89], [47], [51], [68], [81], [5], [90], [91]. 3.2.1.2 Lưu đồ màng của phần tử Thông số đầu vào: Độ phân phối dung dịch Г, bán kính ngoài ống giải nhiệt ro, hệ số khuếch tán nhiệt aq, hệ số khuếch tán chất D và nhiệt độ dung dịch loãng vào Tws_in; nồng độ dung dịch loãng vào Cws_in. Thuật toán: Chu trình tính sẽ bắt đầu để đi tìm bề dày lớp màng, các thành phần tốc độ, nhiệt độ và nồng độ của tất cả các điểm của lưới của phần tử ống kiểm tra. Dữ liệu đầu ra: bề dày lớp màng δ, vận tốc theo chiều màng chảy u, vận tốc vuông góc với màng chảy v, nồng độ lớp màng C, nhiệt độ lớp màng T, hệ số truyền chất hm, hệ số truyền nhiệt k, dòng chất hấp thụ mf, dòng nhiệt hấp thụ qf. Hình 3.3 Lưu đồ thuật toán cho phần tử thể tích ống 12 3.2.2 Mô phỏng bộ hấp thụ 3.2.2.1 Mô hình toán của chùm ống Các ống ngang được bố trí thành các mặt thẳng đứng với nước giải nhiệt chảy theo từng pass qua lại trong các ống như ở hình 3.4. Các giả thuyết cho bộ hấp thụ: 1) Từng ống hấp thụ được chia thành các phần tử ống kiểm tra bằng nhau; 2) Nhiệt độ vách của phần tử ống kiểm tra là không đổi; 3) Màng dung dịch phân bố đồng đều dọc theo phần tử ống kiểm tra; 4) Bộ ống đoạn nhiệt với môi trường xung quanh. Kết hợp các phương trình của dòng màng và các phương trình dòng nước giải nhiệt chảy trong ống để giải cho từng phần tử ống kiểm tra. Nếu ống thứ n được chia thành k phần tử. Sau khi có các kết quả hội tụ của một ống, màng dịch sẽ chuyển động xuống ống phía dưới tiếp theo. Màng dung dịch rời phần tử ống kiểm tra thứ 1 của ống thứ n đi vào phần tử ống kiểm tra thứ k của ống n+1 với cùng phân bố nhiệt độ và nồng độ khi rời khỏi phần tử ống kiểm tra phía trên n. Tương tự như vậy, màng dung dịch rời phần tử ống kiểm tra thứ 2 của ống n vào phần tử ống kiểm tra k-1 của ống n-1. Quá trình tính này được thực hiện cho đến khi tất cả các ống trong cùng một cột được tính. 3.2.2.2 Lưu đồ màng của chùm ống Hình 3.4 Sơ đồ dòng nước giải nhiệt 13 Thông số đầu vào: Số phần tử kiểm tra của mỗi ống giải nhiệt k. Nhiệt độ, lưu lượng, nồng độ dung dịch loãng vào và ra khỏi bộ hấp thụ đo được. Nhiệt độ nước giải nhiệt vào và ra khỏi bộ hấp thụ đo được. Thuật toán: Nhiệt độ nước giải nhiệt vào bộ hấp thụ đo được là nhiệt độ nước vào phần tử ống đầu tiên. Dự đoán nhiệt độ ra khỏi phần tử ống đầu tiên. Nhiệt độ nước vào phần tử ống thứ 2 chính là nhiệt độ nước ra của phần tử ống kiểm tra liền kề trước đó. Các tính toán được tuần tự tính cho các phần tử ống kiểm tra cho đến khi phần tử ống kiểm tra cuối cùng của ống đạt được. Nhiệt độ của nước giải nhiệt vào phần tử ống kiểm tra cuối cùng của ống trên cũng chính là nhiệt độ ra của phần tử ống kiểm tra đầu tiên của ống dưới kế tiếp. Các tính toán được tuần tự tính cho các ống phía trên cho đến khi ống trên cùng của cột ống trong bộ hấp thụ đạt được. Dữ liệu đầu ra: Nhiệt độ, lưu lượng, nồng độ dung dịch đặc ra, và năng suất của bộ hấp thụ. Hệ số truyền nhiệt và hệ số truyền chất. Hình 3.5 Lưu đồ thuật toán cho bộ hấp thụ 14 3.2.3 Kết quả mô phỏng 3.2.3.1 Phần tử kiểm tra Các hình sau thể hiện các đặc tính động học của màng dung dịch và hiện tượng truyền nhiệt-truyền chất kết hợp khi dòng dòng hơi NH3 được hấp thụ vào dòng dung dịch loãng để trở thành dung dịch có nồng độ cao hơn. Hình 3.6 & 3.7 là phân phối ba chiều của thành phần vận tốc tiếp tuyến dòng chảy u và thành phần vận tốc vuông góc dòng chảy v. Theo toạ độ không thứ nguyên ε, màng lỏng đang rơi vào ống nên vận tốc u = 0; nhưng vận tốc v lớn mang dấu âm vì ngược chiều trục η. Khi đã tạo thành màng trên ống thì thành phần u xuất hiện và lớn dần, đạt cực đại tại ¼ ống (umax = 0,0504m/s), sau đó giảm dần và u = 0 khi chảy ra khỏi ống. Theo trục η, Phân bố vận tốc của thành phần u = 0 tại vách ống, tăng dần, và đạt cực đại cục bộ tại mặt tiếp xúc lỏng hơi. Ngược lại với u, Thành phần v sau khi vào ống sẽ giảm rất mạnh, sau đó lại tăng mạnh lúc ra khỏi ống. Hình 3.6 Vận tốc u (m/s) Hình 3.7 Vận tốc v (m/s) 15 Hình 3.8 & 3.9 là phân phối ba chiều của trường nồng độ (C), và trường nhiệt độ (T) trong miền khảo sát là màng dung dịch. Nồng độ của dung dịch loãng khi chưa vào ống được xem như chưa có hiện tượng hấp thụ nên nồng độ vẫn bằng nồng độ vào. Nhiệt độ tại mặt tiếp xúc bão hoà theo nồng độ dung dịch, tại vách ống bằng nhiệt độ vách. Khi hiện tượng hấp thụ xuất hiện thì nồng độ của mặt tiếp xúc lỏng hơi tăng dần theo trục ε rồi khuếch tán vào phía vách ống theo trục η. Sự hấp thụ này phát sinh nhiệt làm cho nhiệt độ mặt tiếp xúc lỏng-hơi tăng theo trục ε. Do chênh nhiệt độ giữa mặt tiếp xúc và vách ống, nhiệt lượng truyền vào phía vách theo truc η. Nồng độ trung bình của lớp màng sau khi ra khỏi ống C = 0,3637; tăng 0,0687. Nhiệt độ trung bình của lớp màng vào ống là 317,6K (44,5oC), Nhiệt độ trung bình của lớp màng sau khi ra khỏi ống T = 304,843K (31,7oC), giảm 12,8oC. Nhiệt độ của mặt tiếp xúc lỏng-hơi vào ống là 332K (58oC), Nhiệt độ của mặt tiếp xúc lỏng-hơi sau khi ra khỏi ống T = 306,5K (33,4oC), giảm 24,7oC. Chênh nhiệt độ của mặt tiếp xúc lỏng-hơi khi ra khỏi ống so với nhiệt độ vách ống là 3,4oC. Lưu lượng khối lượng phân phối thay đổi Γ= 0,001; 0,005; 0,008; 0,0113; 0,0146; 0,03[kg/(m.s)]. Các hình 3.10 tới 3.15 và bảng 3.1 thể hiện sự thay đổi Hình 3.8 Trường nồng độ, C Hình 3.9 Trường nhiệt độ, T (K) 16 bề dày, vận tốc trung bình cục bộ, nồng độ trung bình cục bộ, nhiệt độ trung bình cục bộ, hệ số truyền nhiệt lớp màng, hệ số truyền nhiệt, hệ số truyền chất của lớp màng dung dịch. Khi lưu lưu lượng giảm thì bề dày lớp màng giảm (hình 3.10), vận tốc tiếp tuyến dòng chảy u giảm (hình 3.11). Tại ¼ ống theo chiều dòng chảy bề dày lớp màng đạt cực tiểu, vận tốc lớp màng đạt cực đại. Khi lưu lượng dung dịch tăng thì nồng độ trung bình cục bộ lớp màng giảm (hình 3.12), nhiệt độ trung bình cục bộ tăng (hình 3.13). Hình 3.10 Độ dày lớp màng, δ (m) Hình 3.11 Vận tốc cục bộ trung bình, ual (m/s) Hình 3.12 Nồng độ cục bộ trung bình, Cal Hình 3.13 Nhiệt độ cục bộ trung bình, Tal (K) 17 Hình 3.14 trình bày hệ số truyền nhiệt từ mặt tiếp xúc lỏng-hơi vào nước giải nhiệt chảy trong ống k theo trục ε (x). Các hệ số này tăng ở ¼ đầu của ống và giảm dần ở ¼ sau cho thấy tốc độ hấp thụ giảm khi hệ số truyền nhiệt giảm. Lưu lượng dung dịch tăng thì hệ số truyền nhiệt tăng mạnh. Hình 3.15 trình bày sự thay đổi của hệ số truyền chất theo trục ε (x). Hệ số truyền chất cao tại vị trí khi dòng dung dịch loãng vừa tiếp xúc với ống; sau đó giảm nhanh rồi khá phẳng trước khi ra khỏi ống. Khi lưu lượng dung dịch tăng thì hệ số truyền chất tăng. Nhưng khi tăng lưu lượng dung dịch khá lớn Γ = 0,0146kg/(m.s) trở lên thì hệ số truyền chất tăng rất ít. Hình 3.14 Hệ số truyền nhiệt tổng, k [W/(m2 K)] Hình 3.15 Hệ số truyền chất của lớp màng, hm (m/s) Bảng 3.1 Ảnh hưởng lưu lượng dung dịch Γ[kg/(m.s)] Cal_o Tal_o(K) αiw[W/(m2.K)] 1.0e+03 k[W/(m2.K)] 1.0e+03 hm(m/s) 1.0e-04 0.001 0,3690 303,9 0,7826 0,6578 0,1060 0.005 0,3636 304,8 1,0093 0,8221 0,1304 0.008 0,3589 305,7 1,2060 0,9567 0,1455 0.0113 0,3543 306,5 1,4010 1,0806 0,1600 0.0146 0,3495 307,4 1,6081 1,2068 0,1683 0.03 0,3297 311,1 2,5984 1,7169 0,1816 18 Nhiệt độ vách ống giải nhiệt thay đổi Tw = 311,15; 309,15; 307,15; 305,15; 303,15; 301,15(K). Khi nhiệt độ nước giải nhiệt giảm thì nồng độ trung bình cục bộ lớp màng tăng (hình 3.16), nhiệt độ trung bình cục bộ giảm (hình 3.17). Theo bảng 3.2, nhiệt độ nước giải nhiệt giảm thì nồng độ trung bình lớp màng ra khỏi ống tăng, nhiệt độ trung bình lớp màng ra khỏi ống giảm. Nhiệt độ nước giải nhiệt giảm 1oC thì hệ số truyền nhiệt lớp màng tăng 1,2% và hệ số truyền nhiệt 0,8%; hệ số truyền chất tăng khá 2,7%. Hình 3.16 Nồng độ cục bộ trung bình, Cal Hình 3.17 Nhiệt độ trung bình cục bộ, T (K) Bảng 3.2 Ảnh hưởng nhiệt độ nước giải nhiệt Twall(K) Cal_o Tal_i/Tal_o(K) αiw[W/(m2.K )] 1.0e+03 k[W/(m2.K) ] 1.0e+03 hm(m/s) 1.0e-04 311,15 0,3298 321,6/315,0 1,4409 1,1165 0,1443 309,15 0,3325 320,6/313,5 1,4823 1,1407 0,1570 307,15 0,3382 319,6/311,4 1,5283 1,1657 0,1693 305,15 0,3440 318,6/309,4 1,5703 1,1878 0,1804 303,15 0,3497 317,6/307,4 1,6070 1,2062 0,1901 301,15 0,3554 316,6/305,4 1,6424 1,2233 0,1989 19 Nồng độ dung dịch vào ống giải nhiệt thay đổi C = 0,28; 0,29; 0,3; 0,31. Các hình 3.23, 3.24 thể hiện biến đổi của hệ số truyền nhiệt, hệ số truyền chất. Bảng 3.3 thể hiện sự thay đổi bề dày, vận tốc trung bình cục bộ, nồng độ trung bình cục bộ, nhiệt độ trung bình cục bộ, hệ số truyền nhiệt, hệ số truyền chất của lớp màng dung dịch khi thay đổi nồng độ dung dịch. Theo bảng 3.3, khi giảm nồng độ dung dịch loãng sẽ làm tăng hệ số truyền nhiệt và hệ số truyền chất tăng mạnh. Nồng độ dung dịch giảm 1% thì hệ số truyền nhiệt tăng 4,13%, hệ số truyền chất tăng 3,96%. Hình 3.18 Hệ số truyền nhiệt, k [W/(m2.K)] Hình 3.19 Hệ số truyền chất, hm (m/s) Bảng 3.3 Ảnh hưởng nhiệt độ nước giải nhiệt C Cal_o Tal_o(K) αiw[W/(m2.K)] 1.0e+03 k[W/(m2K)] 1.0e+03 hm(m/s) 1.0e-04 0,31 0,3670 303,4 0,9697 0,7825 0,1247 0,30 0,3636 304,8 1,0093 0,8221 0,1304 0,29 0,3569 305,2 1,2060 0,8614 0,1361 0,28 0,3523 306,0 1,4010 0,9001 0,1417 20 3.2.3.2 Bộ hấp thụ kiểu màng chảy Kết cấu của bộ hấp thụ là các hàng ống giải nhiệt được xếp thành 28 hàng song song mỗi hàng ống có diện tích là A1 = π.Do.l.n = π.0,0096.0,18.6 = 0,0326m 2. Bộ giải nhiệt này có 8 pass nước [4, 4, 4, 4, 3, 3, 3, 3(hàng ống)]. Các đồ thị sau mô tả quá trình truyền nhiệt–truyền chất trong bộ hấp thụ. Các giá trị điển hình khi máy lạnh hấp thụ vận hành ở chế độ sản xuất nước đá có lưu lượng dung dịch loãng là 0,0171kg/s hoặc độ phân phối dung dịch Г = 0,008kg/(m.s); nồng độ dung dịch loãng vào bộ hấp thụ Cal = 29%; nhiệt độ nước giải nhiệt vào và ra lần lượt là 31oC và 34,2oC. Hình 3.20 và 3.21 trình bày sự thay đổi của nhiệt độ trung bình của màng dung dịch chảy xuống từ đỉnh của bộ hấp thụ (hàng ống thứ 28) xuống đáy của bộ hấp thụ. Trong khi nhiệt độ nước giải nhiệt chảy ngược chiều từ dưới lên. Hệ số truyền nhiệt hầu như không đổi k = 1043W/(m2.K). Dòng nhiệt hấp thụ giảm dần từ trên xuống từ 13881 xuống 6225W/m2 và đạt trung bình là qf = 9017W/m 2. Nhiệt độ dung dịch giảm nhanh ở phía đỉnh bộ hấp thụ, sau đó giảm chậm dần khi xuống đáy bộ hấp thụ do độ chênh nhiệt độ của dung dịch và của nước giải nhiệt giảm dần. Dòng dung dịch hấp thụ hơi sinh nhiệt. Nhiệt lượng này sẽ được dòng nước giải nhiệt ngược chiều mang đi nên nhiệt độ của dòng nước giải nhiệt tăng. Hình 3.20 Sự biến đổi nhiệt độ và hệ số truyền nhiệt tổng trong bộ hấp thụ Hình 3.21 Sự biến đổi nhiệt độ và dòng nhiệt trong bộ hấp thụ 21 Hình 3.22 và 3.23 trình bày sự thay đổi của nhiệt độ trung bình của màng dung dịch chảy xuống từ đỉnh của bộ hấp. Hệ số truyền chất hầu như không đổi hm = 1,68665*10^-5m/s. Dòng chất được hấp thụ giảm dần từ trên xuống từ 0,01023 xuống 0,00927kg/(m2.s) và đạt trung bình là mf = 0,00962kg/(m 2.s). Theo mô phỏng, nồng độ dung dịch loãng vào là 29% và ra là 33,4%. Nồng độ dung dịch đặc ra chưa đạt nồng độ bảo hoà 35,4%. Nhiệt độ dung dịch ra khỏi bình hấp thụ 47oC. Kết luận Trong chương 3, NCS đã mô phỏng được hoạt động của máy lạnh hấp thụ và mô phỏng được quá trình truyền nhiệt-truyền chất trong bộ hấp thụ bao gồm: - Phát triển mô hình toán và viết lưu đồ thuật toán cho sơ đồ thiết kế máy lạnh hấp thụ. Hình 3.22 Sự biến đổi nhiệt độ và hệ số truyền chất trong bộ hấp thụ Hình 3.23 Sự biến đổi nhiệt độ và dòng chất hấp thụ trong bộ hấp thụ Hình 3.24 Sự biến đổi nhiệt độ và nồng độ dung dịch 22 - Định hướng nồng độ nạp dung dịch trong phạm vi 29,5 ÷ 32,5% từ các nồng độ dung dịch loãng là Cws = 26,7%, đậm đặc là Css = 36,5% và trung bình trong máy lạnh là 31,6%. - Tính toán thiết kế các bộ phận của máy lạnh hấp thụ chế tạo sao cho máy có thể hoạt động ổn định và đảm bảo được một số thí nghiệm cho bình hấp thụ. - Phát triển mô hình toán và viết lưu đồ thuật toán cho phần tử thể tích ống kiểm tra. - Thể hiện được các đặc tính động học bao gồm vận tốc màng dung dịch (u, v), độ dày lớp màng (δ) và ảnh hưởng của lưu lượng dung dịch. - Thể hiện được hiện tượng truyền nhiệt- truyền chất kết hợp khi dòng hơi NH3 được hấp thụ vào dòng dung dịch NH3-H2O loãng để trở thành dung dịch NH3-H2O có nồng độ cao hơn bao gồm trường nồng độ (C), trường nhiệt độ (T). - Xác định được các ảnh hưởng của lưu lượng dung dịch, nhiệt độ nước giải nhiệt, và nồng độ dung dịch lên hệ số truyền nhiệt và hệ số truyền chất của dung dịch. - Phát triển mô hình toán và viết lưu đồ thuật toán cho bình hấp thụ. - Thể hiện được các đồ thị mô tả quá trình truyền nhiệt–truyền chất trong bình hấp thụ bao gồm các sự biến đổi của hệ số truyền nhiệt, dòng nhiệt, hệ số truyền chất, dòng chất hấp thụ, và nồng độ dung dịch. 23 CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM Xây dựng mô hình thực nghiệm Các thí nghiệm được tiến hành đo đạc, thu thập số liệu tức thời tự động trong nhiều ngày. Các số liệu nhận từ 24 dụng cụ đo bao gồm 14 dụng cụ đo nhiệt độ (độ chính xác 0,5oC), 4 dụng cụ đo áp suất (độ chính xác 0,5%), 5 dụng cụ đo lưu lượng dòng lỏng (xuất xứ Hubacontrol (Thụy sỹ) sai số 0,25%), 01 dụng cụ đo lưu lượng dòng hơi (phạm vi từ 0 tới 200l/m độ chính xác +/-3%) tại tất cả các điểm nút cần thiết đưa về tủ nhận dữ liệu bao gồm bộ chuyển đổi tín hiệu thành tín hiệu điện 420mA; bộ độc dữ liệu cảm biến (PCOE) đưa về Bộ lưu dữ liệu trung tâm (PCO compact) sau đó chuyển vào máy tính thể hiện giá trị tức thời của hệ thống và lưu trữ liên tục ở dạng file. Hình 4.1 Bố trí dụng cụ đo 24 Kết quả thí nghiệm Trong quá trình vận hành máy lạnh hấp thụ, khi nhiệt độ nước muối tNaCl cao hơn -3 oC thì lưu lượng dòng hơi NH3 theo thực nghiệm vào bình hấp thụ ổn định cao. Sau đó, dòng hơi NH3 theo thực nghiệm giảm dần và cắt dòng hơi NH3 theo lý thuyết tính toán khi nhiệt độ nước muối khoảng -13oC. Cuối cùng, dòng hơi NH3 theo thực nghiệm tiếp tục giảm và đạt ổn định thấp từ -17oC. Do nhiệt độ nước muối lúc đầu cao, nhiệt cấp cho dòng hơi rất mạnh làm cho dòng hơi từ bộ bay hơi nhanh chóng bay hơi và đi vào bình hấp thụ liên tục. Khi nhiệt độ nước muối giảm thì sự cấp nhiệt cho dòng hơi NH3 yếu dần nên lưu lượng dòng hơi NH3 theo thực nghiệm vào bình hấp thụ cũng giảm theo. Nếu máy lạnh hấp thụ vận hành sản xuất nước đá liên tục thì nước muối sẽ nhận nhiệt từ nước làm đá liên tục, rồi cấp nhiệt cho dòng hơi NH3 bay hơi ở nhiệt độ nước muối khoảng -10 ÷ -15oC thì lưu lượng dòng hơi NH3 theo thực nghiệm sẽ gần bằng dòng hơi NH3 theo lý thuyết tính toán. Bởi vì lý thuyết tính toán không tính tới sự bay hơi mạnh hay yếu của dòng hơi từ bộ bay hơi do sự cấp nhiệt của môi trường cần hạ nhiệt. Hình 4.2 Biến đổi nhiệt độ và lưu lượng dòng hơi 25 Lưu lượng dòng dung dịch loãng theo lý thuyết lớn hơn dòng dung dịch loãng thực nghiệm. Lưu lượng dòng dung dịch đặc theo lý thuyết nhỏ hơn dòng dung dịch đặc thực nghiệm. Sai số trung bình khoảng 13%. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch nạp Để máy lạnh hấp thụ hoạt động đạt hiệu suất cực đại theo điều kiện vận hành, nồng độ dung dịch nạp vào phải phù hợp. Phân tích thực nghiệm của máy lạnh hấp thụ NH3-H2O loại liên tục có năng suất cấp nhiệt 3,76kW làm lạnh dung dịch nước muối 23% từ nhiệt độ môi trường 30°C xuống -18°C. Máy lạnh được điều khiển hoạt động theo các lưu lượng khác nhau của dòng dung dịch NH3-H2O loãng cấp và dòng hơi NH3 vào bộ hấp thụ để tìm COP cực đại khi sự hoạt động ổn định. Nồng độ khối lượng dung dịch nạp trong phạm vi từ 29,5 tới 32,5% đã được xác định ở mục 3.1.3. Hệ số hiệu suất của máy lạnh hấp thụ COP và hiệu suất làm lạnh nước muối COPu của máy được tính theo dữ liệu được ghi lại bằng hệ thống thu dữ liệu máy tính suốt thời gian thí nghiệm. Dữ liệu kết quả của các thí nghiệm được tính khi máy lạnh hấp thụ đã khởi động xong và hoạt động ổn định cho đến khi nhiệt độ dung dịch nước muối 93kg xuống thấp nhất khoảng -20°C. Trong 14 thí nghiệm này, lưu lượng nước giải nhiệt tổng, qua bộ hấp thụ, bình ngưng, và ống chiết tách lần lượt là V20 = 25l/m; V21 = 16,5l/m; V22 = 8l/m; Vct = 0,8l/m được cố định. Hình 4.3 Biến đổi của nhiệt độ và lưu lượng dung dịch 26 Các thông số hoạt động của máy lạnh hấp thụ trong 14 thí nghiệm được tổng hợp trong bảng 4.1. Theo bảng 4.1, nồng độ khối lượng dung dịch NH3-H2O nạp trong phạm vi từ 29,5% đến 32,5%. Các đồ thị biểu diễn mối quan hệ của COP và COPu với nhiệt Bảng 4.1 COP/COPu của các thí nghiệm Exp. Ci, (%) V8 / V13/ V2, (l/m) 20 >tNaCl ≥ 10, (oC) 10 >tNaCl ≥ 0, (oC) 0 >tNaCl ≥ -10 (oC) -10 >tNaCl ≥ tlim ( oC) 20 >tNaCl≥ tlim, (oC) Note 1 29,5 1,39/81,72/ 1,36 0,393/ 0,169 0,406/ 0,134 0,406/ 0,17 0,405/ 0,237 0,403/ 0,178 tlim =-17 oC; V8 low and V13 high. (4/08/2016) 2 29,5 0,65/92,21/ 1,11 0,453/ 0,26 0,447/ 0,216 0,432/ 0,13 x 0,444/ 0,202 tlim =-9 oC; V8 very low and V13 very high. (6/08/2016) 3 29,5 0,53/86,43/ 0,08 0,431/ 0,22 0,427/ 0,195 0,423/ 0,162 0,422/ 0,088 0,425/ 0,166 tlim =-14 oC; V8 very low and V13 high. (10/08/2016) 4 30 0,54/ 83,28/ 11,9 0,45/ 0,228 0,449/ 0,179 0,438/ 0,144 0,425/ 0,113 0,441/ 0,167 tlim =-16 oC; V8 very low and V13 high. (11/08/2016) 5 30 1,12/ 73,63/ 1,37 0,43/ 0,263 0,43/ 0,248 0,419/ 0,18 0,408/ 0,126 0,421/ 0,204 tlim =-17 oC; V8 low and V13 low. (31/07/2016) 6 30 0,94/ 84,47/ 1,35 0,445/ 0,246 0,434/ 0,204 0,421/ 0,202 0,416/ 0,193 0,429/ 0,21 tlim =-17,5 oC; V8 low and V13 high. (28/07/2016) 7 31 1,1/ 79,3/ 1,31 0,432/ 0,263 0,421/ 0,21 0,415/ 0,201 0,404/ 0,228 0,418/ 0,21 tlim =-18 oC; V8 low and V13 low. (14/07/2016) 8 31 0,81/ 97,32/ 1,33 0,452/ 0,298 0,445/ 0,26 0,428/ 0,12 x 0,442/ 0,226 tlim =-8 oC; V8 low and V13 very high. (15/07/2016) 9 31 2,27/ 72,9/ 2,65 0,412/ 0,308 0,399/ 0,238 0,393/ 0,212 0,389/ 0,102 0,398/ 0,215 tlim =-17,5 oC; V8 high and V13 low. (19/07/2016) 10 31 0,78/ 77,75/ 1,21 0,438/ 0,34 0,444/ 0,321 0,437/ 0,289 0,425/ 0,097 0,436/ 0,262 tlim =-18 oC; V8 medium and V13 suitable medium. (23/07/2016) 11 31 1,83 / 96,8 / 2,1 0,434/ 0,307 0,426/ 0,272 0,424/ 0,204 0,412/ 0,149 0,424/ 0,233 tlim =-15 oC; V8 medium and V13 high. (25/07/2016) 12 32,5 0,99/ 66/ 1,2 0,429/ 0,173 0,426/ 0,131 0,413/ 0,102 x 0,423/ 0,135 tlim =-7 oC; V8 low and V13 very low. (12/08/2016) 13 32,5 2,13/ 61,86/ 2,3 0,329/ 0,156 0,314/ 0,106 0,318/ 0,091 x 0,32/ 0,119 tlim =-6 oC; V8 high and V13 very low. (13/08/2016) 14 32 1,81/65,3/ 1,91 0,369/ 0,22 0,368/ 0,161 0,364/ 0,155 0,358/ 0,071 0,365/ 0,154 tlim =-14 oC; V8 high and V13 very low. (17/08/2016) 27 độ, nồng độ theo thời gian của 14 thí nghiệm để tìm nồng độ nạp phù hợp nhất của dung dịch NH3-H2O theo điều kiện nhiệt độ nước giải nhiệt tc( oC), ta( oC); và theo nhiệt độ bay hơi yêu cầu te( oC). Theo TN10, hiệu suất nhiệt của máy lạnh hấp thụ COP = 0,436 và hiệu suất làm lạnh nước muối COPu = 0,262 đạt cao nhất; nhiệt độ nước muối giới hạn tlim = - 18oC. Nồng độ dung dịch nạp là Ci = 31% là phù hợp. Hình 4.4 và 4.5 trình bày lần lượt hiệu suất nhiệt của máy lạnh hấp thụ COP và hiệu suất làm lạnh nước muối COPu của TN7 và TN10. Để có chế độ vận hành ổn định, nguồn nhiệt phải đáp ứng cho dung dịch NH3- H2O sôi ở nhiệt độ ổn định theo điều kiện môi trường giải nhiệt, nhiệt độ làm lạnh yêu cầu, và năng suất lạnh gọi là nhiệt độ vận hành phù hợp. Nhiệt độ trung bình của hơi NH3 rời khỏi bình phát sinh t5 theo các thí nghiệm từ 1, 6, 10, 13, 14 lần lượt là 123,2; 118,2; 116,6; 107,7; 103,7(°C). Nhiệt độ của hơi NH3 rời khỏi bình phát sinh t5 theo thí nghiệm từ 1 tăng nhiều nhất và lớn nhất Hình 4.4 Nhiệt độ, COP theo thí nghiệm 7 Hình 4.5 Nhiệt độ, COP theo thí nghiệm 10 Hình 4.6 Nhiệt độ hơi NH3 ra khỏi bình phát sinh (t5) 28 là do năng suất lạnh sử dụng đang được điều chỉnh ở chế độ thấp hơn năng suất nhiệt cấp vào. Ở thí nghiệm 10, dòng hơi NH3 và dòng dung dịch lỏng phù hợp và vừa đủ so với năng suất nhiệt cấp vào của bình phát sinh nên hệ số hiệu suất của máy lạnh COP = 0,436 và hệ số hiệu suất làm nước đá COPu = 0,262 đều đạt cao nhất. Ảnh hưởng của lưu lượng dung dịch loãng đến từ bình phát sinh Ảnh hưởng của lưu lượng dòng hơi đến từ bộ bay hơi Ảnh hưởng của nước giải nhiệt Kết luận Trong chương 4, NCS xây dựng một quy trình hoàn thiện từ cách bố trí dụng cụ đo trên máy lạnh hấp thụ, cách thu thập dữ liệu, cách xác định các kết quả ổn định. Các kết quả đo được phân tích để kiểm tra hiệu suất của máy lạnh hấp thụ theo điều kiện hoạt động ổn định nhằm: - Đảm bảo máy lạnh hấp thụ đang hoạt động đúng theo thiết kế ban đầu. - Đưa các thông số đo đạc tại các điểm nút vào chương trình mô phỏng để xác định hiệu suất của máy lạnh hấp thụ COP và hiệu suất làm lạnh nước muối COPu. - Xác định được nồng độ dung dịch NH3-H2O nạp phù hợp đạt được theo các thí nghiệm là 31% với hiệu suất của máy lạnh hấp thụ COP = 0,436 và hiệu suất làm lạnh nước muối COPu= 0,262. Nhiệt độ trung bình của hơi NH3 rời khỏi bình phát sinh là t5 = 116,5°C. Nồng độ trung bình của dung dịch loãng và dung dịch đặc lần lượt là 29,14% và 34,11% theo TN10. - Xác định được các ảnh hưởng của lưu lượng dòng hơi vào bình hấp thụ, nhiệt độ nước giải nhiệt đến hiệu quả hoạt động của máy lạnh hấp thụ bằng thực nghiệm. Máy lạnh hấp thụ được kiểm tra theo ứng dụng nhiệt độ thấp bằng cách hạ dung dịch nước muối xuống -19oC. Các kết quả đo được sử dụng để đánh giá độ sai 29 lệch của các mô phỏng lý thuyết. Cùng lúc đó, các kết quả đo tạo thành cơ sở dữ liệu sử dụng cho việc phát triển mô hình sau này. Những dữ liệu định lượng sẽ được thảo luận ở chương tiếp theo dựa trên các phân tích lý thuyết kết hợp với thực nghiệm. CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Chu trình lạnh hấp thụ 5.1.1 Nhiệt độ vận hành hệ thống Sự thay đổi hệ số hiệu suất nhiệt theo nhiệt độ vận hành dung dịch NH3-H2O trong bình phát sinh với nhiệt độ bay hơi môi chất lạnh NH3 trong bộ bay hơi, nhiệt độ ngưng tụ môi chất lạnh NH3 trong bộ ngưng tụ, nhiệt độ dung dịch NH3- H2O ra khỏi bộ hấp thụ. Nhiệt độ bay hơi càng thấp thì nhiệt độ phát sinh khởi động càng cao, COP cực đại càng thấp. Theo hình 5.1, tc = 32 oC; ta = 33oC. Nhiệt độ phát sinh tối ưu đạt được tg_opt = [97, 107, 112, 117, 123]( oC) tương ứng với hệ số hiệu suất nhiệt tối ưu COPopt = [0,5291; 0,4931; 0,4763; 0,46; 0,4456] khi nhiệt độ bay hơi lần lượt là te = [-5, - 11, -14, -17, -20](oC). Nhiệt độ bay hơi của môi chất lạnh NH3 giảm 1 oC thì COP giảm 1,1%. Hình 5.1 COP và nhiệt độ phát sinh tại các nhiệt độ bay hơi 30 Nhiệt độ ngưng tụ càng thấp, hệ thống có nhiệt độ ph