Báo cáo Cải tiến nâng cao giải nhiệt của két nước xe tay ga bằng bộ tản nhiệt kênh mini (minichannel heat sink) dùng công nghệ UV Light (Phần 1)

52 trang phuongnguyen 500

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Báo cáo Cải tiến nâng cao giải nhiệt của két nước xe tay ga bằng bộ tản nhiệt kênh mini (minichannel heat sink) dùng công nghệ UV Light (Phần 1)", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

bao_cao_cai_tien_nang_cao_giai_nhiet_cua_ket_nuoc_xe_tay_ga.pdf

Nội dung text: Báo cáo Cải tiến nâng cao giải nhiệt của két nước xe tay ga bằng bộ tản nhiệt kênh mini (minichannel heat sink) dùng công nghệ UV Light (Phần 1)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG CẢI TIẾN NÂNG CAO GIẢI NHIỆT CỦA KÉT NƯỚC XE TAY GA BẰNG BỘ TẢN NHIỆT KÊNH MINI (MINICHANNELS K C 0 0 3 9 5 9 HEAT SINK) DÙNG CƠNG NGHỆ UV LIGHT MÃ SỐ: T2014-22TĐ S KC 0 0 4 7 8 1 Tp. Hồ Chí Minh, 2014
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM CẢI TIẾN NÂNG CAO GIẢI NHIỆT CỦA KÉT NƯỚC XE TAY GA BẰNG BỘ TẢN NHIỆT KÊNH MINI (MINICHANNEL HEAT SINK) DÙNG CƠNG NGHỆ UV LIGHT Mã số: T2014-22TĐ/KHCN-GV Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS. Đặng Thành Trung Thành viên đề tài: NCS. Đồn Minh Hùng TP. HCM, 11/2014
Cải tiến nâng cao giải nhiệt của két nước xe tay ga bằng bộ tản nhiệt kênh mini MỤC LỤC Mục lục 1 Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt 2 Thơng tin kết quả nghiên cứu 3 Information on research results 5 Phần 1 Giới thiệu 7 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu 7 1.1.1 Ngồi nước 7 1.1.2 Trong nước 18 1.2 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu 19 1.2.1 Mục tiêu 19 1.2.2 Cách tiếp cận 20 1.2.3 Phương pháp nghiên cứu 20 1.2.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 20 1.2.5 Nội dung nghiên cứu 20 Phần 2 Cơ sở nghiên cứu và kết quả 21 2.1 Mơ hình tốn học 21 2.2 Lắp đặt hệ thống nghí nghiệm 24 2.3 Các kết quả và thảo luận 34 2.3.1 Các kết quả mơ phỏng 34 2.3.2 Các kết quả thực nghiệm 36 Phần 3 Kết luận và kiến nghị 45 Lời cảm ơn 46 Tài liệu tham khảo 47 Phụ lục 50 - 1 -
Cải tiến nâng cao giải nhiệt của két nước xe tay ga bằng bộ tản nhiệt kênh mini DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 2 Ac diện tích mặt cắt, m Dh đường kính quy ước, m h hệ số tỏa nhiệt đối lưu, W/m2K k hệ số truyền nhiệt tổng, W/m2K L chiều dài kênh micro, m m lưu lượng khối lượng, kg/s P đường kính ướt, m Q lượng nhiệt truyền qua thiết bị, W q mật độ dịng nhiệt, W/m2 R nhiệt trở, m2K/W Re chỉ số Reynolds T nhiệt độ, K Greek symbols  độ nhớt động lực học, Ns/m2 khối lượng riêng, kg/m3  hệ số dẫn nhiệt, W/m K  vận tốc, m/s  hiệu suất T nhiệt độ chênh lệch, K. - 2 -
Cải tiến nâng cao giải nhiệt của két nước xe tay ga bằng bộ tản nhiệt kênh mini THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 1. Thơng tin chung: - Tên đề tài: Cải tiến nâng cao giải nhiệt của két nước xe tay ga bằng bộ tản nhiệt kênh mini (minichannel heat sink) dùng cơng nghệ UV light - Mã số: T2014-22TĐ/KHCN-GV - Chủ nhiệm: PGS.TS. Đặng Thành Trung - Cơ quan chủ trì: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. HCM - Thời gian thực hiện: 01/01/2014 đến 30/12/2014 2. Mục tiêu: - Thiết kế chế tạo các bộ tản nhiệt mới dùng kênh mini thay cho bộ két nước truyền thống trên xe tay ga. - Tìm ra sự ảnh hưởng của lưu lượng khối lượng nước và vận tốc giĩ đến quá trình truyền nhiệt trong bộ tản nhiệt kênh cĩ kênh mini, nghiên cứu đưa ra những điều kiện hoạt động của bộ trao đổi nhiệt kênh mini để nâng cao hiệu quả truyền nhiệt. - Đặt nền tảng cho hướng nghiên cứu về lĩnh vực truyền nhiệt Micro/nano tại Bộ mơn cơng nghệ Nhiệt-Điện lạnh, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật nĩi riêng và các trường đại học khác trên cả nước nĩi chung. Cố gắng bắt kịp các nước tiên tiến một trong những hướng nghiên cứu hiện tại và tương lai về lĩnh vực cơ khí nhiệt và lưu chất. 3. Tính mới và sáng tạo: Nghiên cứu này là nghiên cứu đầu tiên trong nước và cũng là một trong những nghiên cứu mới trên thế giới. 4. Kết quả nghiên cứu: Đạt yêu cầu đặt ra Nghiên cứu đã đưa ra thiết kế mới cho két nước xe tay ga bằng bộ tản nhiệt kênh mini. Các nghiên cứu thực nghiệm đã được thực hiện để so sánh quá trình truyền nhiệt giữa bộ tản nhiệt kênh mini 03 pass với két nước truyền thống. Kích thước bộ tản nhiệt kênh mini 03 pass chỉ bằng 64% kích thước của két nước của xe; tuy nhiên, - 3 -
Cải tiến nâng cao giải nhiệt của két nước xe tay ga bằng bộ tản nhiệt kênh mini nhiệt lượng thu được từ bộ tản nhiệt kênh mini 03 pass cao hơn hoặc bằng giá trị thu được từ két nước. Cũng cùng nhiệt lượng, kích thước thu được từ bộ tản nhiệt 05 pass chỉ bằng 86% kích thước của bộ tản nhiệt 03 pass. Trong trường hợp thay đổi vận tốc giĩ, cho bộ tản nhiệt 05 pass, nhiệt lượng 137 W đã thu được cho quá trình làm mát như két nước. Kết quả từ thực nghiệm cũng cho thấy rằng hiệu quả truyền nhiệt của bộ tản nhiệt kênh mini khi dùng nước là lưu chất làm việc cao hơn dùng dung dịch ethylene. Thêm vào đĩ, mơ phỏng số (sử dụng phần mềm COMSOL) đã được thực hiện cho bộ tản nhiệt kênh mini với 05 pass. Các kết quả thu được từ mơ phỏng số phù hợp với các kết quả từ thực nghiệm với sai số cực đại là 2,5%. 5. Sản phẩm: Hai BTĐN minichannel. 02 bài báo khoa học đăng ở GTSD14 và 01 bài báo đăng tạp chí quốc tế EI. 01 Thạc sĩ 6. Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng: Các kết quả nghiên cứu đăng ở các tạp chí uy tín được trích lục. Trưởng Đơn vị Chủ nhiệm đề tài (ký, họ và tên) (ký, họ và tên) - 4 -
Cải tiến nâng cao giải nhiệt của két nước xe tay ga bằng bộ tản nhiệt kênh mini INFORMATION ON RESEARCH RESULTS 1. General information: Project title: Enhancing Heat Transfer Efficiency of Scooter Radiator by Using Minichannel Heat Sink with UV Light Technology. Code number: T2014-22TĐ/KHCN-GV Coordinator: Assoc. Prof. Dr. Thanhtrung Dang. Implementing institution: Hochiminh city University of Technical Education Duration: from January 01, 2014 to December 30, 2014 2. Objective(s): Design and fabricate new minichannel heat sinks to replace conventional radiators of a scooter. Find out effects of mass flow rate and air velocity to heat transfer process of the minichannel heat sinks. Build the research on Micro/Nano heat transfer areas at the Department of Heat and Refrigeration Technology, Hochiminh city University of Technical Education in specially and other universities of Vietnam in generally. Try to follow several developed countries about one of present and future researches regarding themo-fluidics. 3. Creativeness and innovativeness: The study is the first research in Vietnam and is also one of the new researches on the world. 4. Research results: The proposed objectives have been achieved. The study was presented a novel design for a scooter radiator using minichannel. The size of minichannel heat exchanger with three passes is about 64% the size of the scooter radiator which made from manufacturer; however, the heat transfer rate obtained from the minichannel heat exchanger is higher than or equal to that obtained from the scooter radiator. As the same heat transfer rate, the size obtained from the heat exchanger - 5 -
Cải tiến nâng cao giải nhiệt của két nước xe tay ga bằng bộ tản nhiệt kênh mini with five passes is only 86% the size obtained from the other one with three passes. For the minichannel heat exchanger with five passes, the heat transfer rate of 137 W was achieved for cooling as a radiator of scooter. The experimental method also shows that the heat transfer efficiency obtained from the heat exchangers with water as the working fluid is higher than that obtained from the heat exchanger with ethylene solution as the working fluid. In addition, the numerical simulations (Using 3D COMSOL software package) were done for a minichannel heat exchanger with five passes. The good agreements were achieved for the behaviors of heat transfer between the results obtained from numerical simulations and those obtained from experimental data for the minichannel heat exchanger with five passes used in the study, with maximum percentage error of 2.5 %. 5. Products: Two microchannel heat exchangers Two papers published on GTSD14 proceeding One paper published on EI journal. One graduated student for Master program. 6. Effects, transfer alternatives of research results and applicability: The results publishing on international journals will be cited by scientists. - 6 -
Cải tiến nâng cao giải nhiệt của két nước xe tay ga bằng bộ tản nhiệt kênh mini PHẦN 1 GIỚI THIỆU 1.1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1.1.1 Ngồi nước Hiện nay, xe tay ga ngày càng được ưa chuộng tại các thành phố lớn nhờ kiểu dáng đẹp, hệ thống truyền động vơ cấp cho phép người sử dụng khơng cần sang số khi tăng tốc. Để cĩ được những ưu điểm đĩ thì kết cấu hệ thống làm mát động cơ trên xe tay ga cũng cĩ nhiều khác biệt so với xe số. Đối với xe tay ga, tồn bộ thân bao kín, tốc độ lưu thơng khơng khí thấp dù xe chuyển động ở tốc độ cao. Ngồi ra, hầu hết xe tay ga đều sử dụng hệ truyền động vơ cấp. So với loại truyền động xích trên xe số thì hệ thống này sản sinh ra nhiều nhiệt hơn. Nhà sản xuất thường lựa chọn một trong hai giải pháp: dùng quạt thổi giĩ cưỡng bức vào động cơ hoặc thiết kế hệ thống làm mát bằng dung dịch. Trong trường hợp thổi giĩ cưỡng bức, động cơ truyền cơng suất làm quay quạt. Khơng khí từ bên ngồi được hút vào, đi theo các đường hướng giĩ làm mát thân máy và động cơ chạy thì quạt quay. Kết cấu và nguyên lý làm việc của hệ thống đơn giản. Tuy nhiên, hệ số tỏa nhiệt đối lưu của khơng khí nhỏ hơn rất nhiều so với hệ số tỏa nhiệt đối lưu của dung dịch. Do vậy cơng suất xe lắp động cơ làm mát bằng giĩ bị kém đi trong quá trình sử dụng thực tế, nên để đạt được cùng một hiệu suất động cơ như nhau, loại xe này thường phải cĩ dung tích xi-lanh lớn hơn so với xe lắp động cơ làm mát bằng dung dịch. Ngồi ra, nĩ cũng phải tính đến ảnh hưởng của lượng hơi nĩng tỏa ra khi động cơ được làm mát bằng giĩ. Trong một sự so sánh, động cơ làm mát bằng dung dịch với khả năng kiểm sốt quá trình đốt nhiên liệu tốt hơn cũng như hiệu suất hoạt động và độ ổn định cao hơn so với giải pháp làm mát bằng giĩ cưỡng bức. Hệ thống làm mát bằng dung dịch đã được sử dụng trên một số dịng xe mới như: Air Blade, SH, Lead, Nouvo LX, Tuy nhiên trên thực tế, két nước làm mát trên xe tay ga vẫn cịn một số nhược điểm như: Các cánh tản nhiệt thì mỏng dễ bị mĩp méo, dễ bị bám bẩn. Bên - 7 -
Cải tiến nâng cao giải nhiệt của két nước xe tay ga bằng bộ tản nhiệt kênh mini cạnh đĩ, các cánh tản nhiệt này được hàn vào ống dẫn dung dịch nên khả năng truyền nhiệt kém hơn so với các cánh tản nhiệt liền khối. Thêm vào đĩ bộ tản nhiệt két nước của các nhà sản xuất hiện nay phải cần một quạt giĩ để tản nhiệt. Tuy nhiên, bộ tản nhiệt này vẫn dừng lại ở kết cấu dạng Macro nên cịn cồng kềnh, hiệu quả truyền nhiệt chưa cao và giá thành đắt. Từ những nhược điểm trên, cơng nghệ truyền nhiệt Mini/Microchannel thể hiện rõ tính ưu việc của mình trong trường hợp này. Bộ tản nhiệt két nước của nhà sản xuất sẽ được thay thế bằng bộ tản nhiệt kênh Mini sử dụng cơng nghệ dán UV light. Bộ tản nhiệt kênh mini này sẽ nhỏ gọn hơn và tận dụng được dịng giĩ cưỡng bức từ chuyển động của xe mà khơng cần quạt giĩ. Xuất phát từ quá trình làm việc của động cơ đốt trong, nhiệt truyền cho các chi tiết máy tiếp xúc với khí cháy (piston, xéc măng, xupap, thành xylanh) chiếm khoảng 25%  35% nhiệt lượng do nhiên liệu cháy trong buồng cháy tỏa ra. Vì vậy các chi tiết thường bị đốt nĩng mãnh liệt: nhiệt độ đỉnh piston cĩ thể lên tới 600oC, nhiệt độ nấm xupap cĩ thể lên tới 900oC. Hình 1.1 thể hiện sự phân bố năng lượng trên xe. Trong đĩ bao gồm 30% là tải nhiệt làm mát, 35% là tải nhiệt theo khí thải và 35% là năng lượng nhiệt cĩ ít [1]. Hình 1.1 Sự phân bố năng lượng trong xe [1] - 8 -
Cải tiến nâng cao giải nhiệt của két nước xe tay ga bằng bộ tản nhiệt kênh mini Các kết quả nghiên cứu liên quan đến hệ thống làm mát trên xe ơ tơ và xe gắn máy cũng đã được một số nhà khoa học nghiên cứu. Trivedi và Vasava [2] sử dụng phần mềm mơ phỏng số ANSYS 12.1 để phân tích dịng chảy lưu chất và truyền nhiệt trong két nước làm mát ơ tơ. Kết quả phân tích cho thấy rằng khi khoảng cách giữa các ống giảm hoặc tăng, giảm tốc độ truyền nhiệt. Hiểu quả tối ưu cho hệ số truyền nhiệt khi khoảng cách giữa các ống là 12 mm. Kết quả thực nghiệm được thể hiện trong bảng 1.1. Bảng 1.1 Kết quả thực nghiệm của cơng ty Số Vật tốc Nhiệt Nhiệt độ phía Nhiệt độ mặt Nhiệt độ mặt bên xe (km/h) độ phía đầu ra (thực bên ngồi trong đầu ra đầu vào nghiệm) đầu vào (thực nghiệm) 1 30 95 87.12 35 60.52 2 40 95 86.92 35 62.15 3 50 95 86.52 35 63.52 4 60 95 86.14 35 63.89 5 70 95 85.95 35 64.52 6 80 95 85.14 35 65.57 7 90 95 84.96 35 66.29 8 100 95 84.52 35 68.26 Kết quả phân tích bằng CFD Kết quả nhiệt độ đầu vào và đầu ra của ống được thể hiện trong hình 1.2 và hình 1.3. - 9 -
Cải tiến nâng cao giải nhiệt của két nước xe tay ga bằng bộ tản nhiệt kênh mini Hình 1.2 Nhiệt độ vào 950C Hình 1.3 Nhiệt độ ra 86,940C Kết quả nhiệt độ hai mặt bên của két nước được thể hiện trong hình 1.4 và 1.5 với các thơng số thể hiện ở bảng 1.2-1.4. - 10 -
Cải tiến nâng cao giải nhiệt của két nước xe tay ga bằng bộ tản nhiệt kênh mini Hình 1.4 Nhiệt độ vào 350C Hình 1.5 Nhiệt độ ra 61.250C - 11 -
Cải tiến nâng cao giải nhiệt của két nước xe tay ga bằng bộ tản nhiệt kênh mini Bảng 1.2 Tĩm tắt kết quả CFD Nhiệt độ Vận tốc Nhiệt Nhiệt độ Khối Hệ số Hiệu Nhiệt độ mặt Số của xe độ đầu mặt trong lượng truyền suất đầu ra ngồi km/h vào đầu ra khơng khí nhiệt nhiệt đầu vào 1 30 95 86.94 35 61.25 2.013 53.36 42.86 2 40 95 86.65 35 63.21 2.64 76.47 44.63 3 50 95 86.24 35 63.98 3.36 98.2 45.29 4 60 95 85.96 35 64.94 4.026 121.74 46.1 5 70 95 85.79 35 65.2 4.7 143.28 46.32 6 80 95 84.15 35 66.28 5.37 169.59 47.2 7 90 95 83.86 35 67.12 6 195.91 47.85 8 100 95 83.15 35 69.23 6.71 231.98 49.44 Bảng 1.3 So sánh giữa kết quả thực nghiệm và kết quả CFD số Vận Nhiệt Nhiệt Nhiệt Nhiệt Nhiệt Nhiệt Phần Phần tốc độ độ đầu độ đầu độ độ đầu độ trăm trăm xe đầu ra của ra của mặt ra của đầu biến biến km/h vào ống ống ngồi mặt ra thiên thiên (thực đầu trong của nhiệt nhiệt độ nghiệm) vào (thực mặt độ hai mặt nghiệm) trong ống bên 130 95 87.12 86.94 35 60.52 61.25 0.2066 1.2062 240 95 86.92 86.652 35 62.15 63.21 0.3083 1.6954 350 95 86.52 86.24 35 63.52 63.98 0.3236 0.7241 460 95 86.14 85.96 35 63.89 64.94 0.2089 1.6434 570 95 85.95 85.79 35 64.52 65.2 0.1861 1.0539 680 95 85.14 84.15 35 65.27 66.28 1.1745 1.5474 790 95 84.96 83.86 35 66.29 67.12 1.2947 1.2520 - 12 -
Cải tiến nâng cao giải nhiệt của két nước xe tay ga bằng bộ tản nhiệt kênh mini 8100 95 84.52 83.15 35 68.26 69.23 1.6209 1.4210 Bảng 1.4 Kết quả ảnh hưởng của khoảng cách ống Nhiệt độ Nhiệt Nhiệt Khoản Nhiệt độ Hệ số phía đơ phía độ phía Hiệt suất Số g cách phía vỏ truyền ống ống đầu vỏ đầu nhiệt ống đầu vào nhiệt đầu ra ra vào 1 12 95 86.94 35 61.25 53.37 42.85 2 10 95 88.1 35 59.3 49.41 40.98 3 14 95 85.14 35 60.12 51.1 41.78 Yadav cùng Singh [3] đã phân tích so sánh giữa các chất làm mát khác nhau trên két nước xe ơ tơ. Chất làm mát đã sử dụng là nước và các hỗn hợp của nước trong propylene glycol với tỉ lệ 40:60. Kết quả thử nghiệm trên két nước cho thấy rằng nước vẫn là chất làm mát tốt nhất nhưng nĩ làm ăn mịn và chứa muối khơng tan làm thối hĩa đường ống dẫn. Hỗn hợp nước với ethylenglycol nhiệt dung riêng của nĩ giảm nhưng tính chất chống ăn mịn của nĩ được tăng cường. Hỗn hợp này làm tăng nhiệt độ sơi của nước và giảm nhiệt độ đĩng băng. Hiệu suất của hỗn hợp bằng hiệu suất nước thì tăng lưu lượng của hỗn hợp. Hình 1.6 thể hiện mơ hình làm mát trên xe. maC pa t t Hiệu suất của tản nhiệt  ao ai mcC pc tci tco 1 1000 Tại 1lít/phút, mc = m3/s = (đối với nước) = 1000 x 60 1000 x 60 1062 kg/s (đối với nước và propylen glycol) 1000 x 60 Với: Cpc = 4,18KJ/kgK (với nước) = 3,39kJ/kgK (với 40% nước + 60% - 13 -
Cải tiến nâng cao giải nhiệt của két nước xe tay ga bằng bộ tản nhiệt kênh mini propylene glycol) Cpa= 1,005 kJ/kgK ma = 1,49 kg/s mc : Lưu lượng khối lượng của chất làm mát kg/s ma : Lưu lượg khối lượng của khơng khí kg/s Cpa : Nhiệt dung riêng của khơng khí tại áp suất khơng đổi kJ/kg K CPC : Nhiệt dung riêng của chất tải lạnh tại áp suất khơng đổi. tci: Nhiệt độ vào của chất tải lạnh tco: Nhiệt độ ra của chất tải lạnh tai: Nhiệt vào của khơng khí Hình 1.6 Mơ hình làm mát trên xe Khot và Santosh [4] đã sử dụng phần mềm mơ phỏng số học CFD để đánh giá và so sánh tính năng của hai áo nước làm mát khác nhau của động cơ Diesel 6 xylanh thẳng hàng. Từ phân tích cho thấy rằng model thứ hai cĩ vận tốc qua áo nước được cải thiện và tổn thất áp suất giảm. Nhiệt độ dầu động cơ cĩ thể được điều khiển bằng cách cải tiến thiết kế phù hợp trong hệ thống làm mát đã được thực hiện bởi Singh cùng cộng sự [5]. Kết quả cho thấy rằng tấm ngăn trên nắp máy sau khi cải tiến đã làm cho nhiệt độ dầu giảm khoảng 7oC, tiếp tục cải tiến thiết kế nắp máy để dịng chảy trực tiếp trên thân máy thì nhiệt độ dầu giảm 12,5oC. Thêm vào đĩ, sau khi thiết kế lại các cánh - 14 -
Cải tiến nâng cao giải nhiệt của két nước xe tay ga bằng bộ tản nhiệt kênh mini quạt ly tâm thì nhiệt độ dầu giảm tổng thể khoảng 24oC. Wang [6] đã trình bày và phân tích sự phân bố áp suất, vận tốc, hệ số truyền nhiệt và nhiệt độ cho áo nước ở đầu xylanh. Kết quả phân tích cho thấy rằng nước làm mát trong đầu xylanh đã thực hiện phấn phối lưu lượng dịng chảy tốt và sự phân phối áp suất tương đối chấp nhận được. Sự bố trí của các phần trong đầu xylanh đã cung cấp sự tác động cần thiết để tăng khả năng làm mát trong vùng nguy hiểm, như là xupap thải, kim phun nhiên liệu. Vì vậy các chi tiết nĩng sẽ khơng quá nĩng để phá hủy. Mẫu thiết kế hình học áo nước đầu xylanh của nghiên cứu này được thể hiện ở hình 1.7. Hình 1.7 Mẫu thiết kế hình học áo nước đầu xylanh Paul cùng cộng sự [7] đã nghiên cứu việc dùng khơng khí để giải nhiệt cho động cơ xylanh bằng cách giả định tập hợp các cánh là hình vành khuyên gắn trên một xilanh, như thể hiện ở hình 1.8. Mơ phỏng số đã được thực hiện để xác định các đặc tính truyền nhiệt của các thơng số cánh khác nhau như: cánh, độ dày cánh, sự thay đổi vận tốc dịng khơng khí khi độ dày của cánh tăng lên. Khoảng cách giữa các cánh giảm dần, ảnh hưởng đến quá trình tạo rối giúp tăng sự truyền nhiệt. Số lượng cánh lớn tương ứng độ dày cánh nhỏ để giải nhiệt cho xe phân khối lớn - 15 -
Cải tiến nâng cao giải nhiệt của két nước xe tay ga bằng bộ tản nhiệt kênh mini thì dùng khá phổ biến, kết quả làm cho khả năng trao đổi nhiệt cao hơn. Hình 1.8 Hệ thống làm mát bằng giĩ cưỡng bức Agarwal cùng cộng sự [8] đã nghiên cứu sự truyền nhiệt bằng phương pháp mơ phỏng số CFD (Computational Fluid Dynamic). Tốc độ truyền nhiệt phụ thuộc vào vận tốc của xe, hình dạng cánh tản nhiệt và nhiệt độ xung quanh. Ở vận tốc 40km/h, 60km/h và 72km/h hệ số truyền nhiệt đã được tính tốn từ giá trị dịng nhiệt 724W, 933,56W và 1123,03W tương ứng. Yoshida cùng cộng sự [9] đã nghiên cứu ảnh hưởng của số, lượng cánh, khoảng cách cánh và tốc độ giĩ làm mát bằng khơng khí cho xylanh động cơ xe máy. Kết quả cho thấy rằng nhiệt tỏa ra từ xylanh khơng được cải thiện khi thân xylanh cĩ quá nhiều cánh và khoảng cách giữa các cánh quá hẹp tại những tốc độ giĩ quá thấp, do vậy mà nhiệt độ giữa chúng sẽ tăng lên. Ngồi ra kích thước cánh - 16 -
Cải tiến nâng cao giải nhiệt của két nước xe tay ga bằng bộ tản nhiệt kênh mini tối ưu khi xe đứng yên là 20mm và khi xe di chuyển là 8mm. Siegel và Graham [10] đã nghiên cứu hiệu suất truyền nhiệt của màng ngăn các cánh tản nhiệt để làm mát trên các đầu nhỏ của xilanh. Kết quả cho thấy rằng thiết kế cánh tản nhiệt cho động cơ thì khoảng cánh tản nhiệt là khác nhau, tùy thuộc vào độ dài của khu vực cách. Khu vực giữa các đường ống nạp và đường ống xả thường là độ dài ngắn hơn và giá trị tổn thất áp suất cao hơn trên một đơn vị chiều dài so với các khu vực cánh xung quanh đầu. Cơng cụ CFD cho phép tối ưu hĩa hình dạng vỏ bộ tản nhiệt của xe tải TATA Mini đã được thực hiện bởi Chackol cùng cộng sự [11]. Kết quả cho thấy rằng từ việc giải quyết các thiết kế cơ bản đã loại bỏ được vùng tuần hồn khép kín và tăng lưu lượng giĩ thơng qua cánh tản nhiệt khoảng 34%. Laramee [12] đã áp dụng một loạt tính năng cao của sự trích đặc điểm cơng nghệ hiện đại và kỹ thuật hình ảnh để khảo sát dịng chảy của lưu chất xuyên qua áo nước làm mát. Phương pháp mơ phỏng số CFD, nghiên cứu này đã đưa ra hình ảnh khơng gian hình dạng tia phun, dịng chảy, dịng bề mặt để xác định chính xác sự phân bố nhiệt độ, lưu lượng dịng chảy và áp suất. Lin [13] đã ứng dụng phần mềm mơ phỏng số ANSYS FLUENT để mơ phỏng và phân tích các đặc tính của các bộ trao đổi nhiệt, với việc thay đổi hình dạng cánh và vật liệu mới. Nghiên cứu đã được tiến hành so sánh mức độ hồn thiện của chúng với nhau. Kết luận cho thấy rằng bộ trao đổi nhiệt mới với dạng cánh hình sĩng và vật liệu là bọt grafit cĩ độ hồn thiện cao hơn so với bộ trao đổi nhiệt thơng thường. Loại vật liệu mới đã phát huy được hiệu quả truyền nhiệt cao và điều quan trọng là khi ứng dụng bộ trao đổi nhiệt tiên tiến này thì thể tích và khối lượng của nĩ giảm hẳn. Hệ số truyền nhiệt bề mặt bị ảnh hưởng bởi các yếu tố: chiều rộng cánh, khoảng cách giữa các cánh, chiều dày cánh, sự biến đổi vận tốc dịng khí, cấu tạo - 17 -
Cải tiến nâng cao giải nhiệt của két nước xe tay ga bằng bộ tản nhiệt kênh mini vật liệu cánh đã được thực hiện bởi Aiermann và Pinkel [14]. Hệ số truyền nhiệt đối lưu thay đổi chủ yếu dựa vào vận tốc dịng khơng khí và khoảng cách giữa các cánh tản nhiệt. Một phân tích trạng thái truyền nhiệt ổn trên phần đầu xylanh đã được thực hiện bởi Powell [15]. Tải nhiệt của mặt độ dịng nhiệt tập trung trên đầu xylanh với phương thức truyền nhiệt đối lưu từ khơng khí phía trên cánh tản nhiệt đầu xylanh và màng dầu trên các bộ phận trục khuỷu. Mật độ dịng nhiệt tập trung trên đầu xylanh đã được thể hiện trong hình 1.9. Hình 1.9 Mật độ dịng nhiệt tập trung trên đầu xylanh 1.1.2 Trong nước Trong các nghiên cứu liên quan đã thực hiện ở Việt Nam, Trung và Hùng [16] đã thực hiện một nghiên cứu thực nghiệm những ảnh hưởng của lực trọng trường đến các đặc tính nhiệt và dịng chảy lưu chất của những bộ trao đổi nhiệt microchannel. Trong nghiên cứu này, hai bộ tản nhiệt đã được dùng làm thực - 18 -
Cải tiến nâng cao giải nhiệt của két nước xe tay ga bằng bộ tản nhiệt kênh mini nghiệm với điều kiện tăng lưu lượng khối lượng ở phía lạnh. Trung và Hùng [17] cũng đã nghiên cứu ảnh hưởng tính chất vật lý của lưu chất trong bộ tản nhiệt kênh micro. Trong nghiên cứu này, các đặc tính truyền nhiệt và tổn thất áp suất của lưu chất một pha bên trong bộ tản nhiệt kênh micro đã được xác định. Cho những điều kiện khác nhau đã được nghiên cứu, chỉ số hồn thiện đạt được 10,7 W/kPa ở giá trị lưu lượng 0,2 g/s. Xa hơn nữa, tồn bộ bộ tản nhiệt kênh micro gồm các kênh, ống gĩp, tấm đế gia cơng kênh micro (substrate) cũng như tấm nắp phía trên đã được mơ phỏng số bởi sử dụng phần mềm mơ phỏng chuyên nghiệp CFD – ACE+ . Từ những tài liệu liên quan như trên về giải nhiệt cho két nước xe gắn máy cũng như bộ tản nhiệt kênh mini (minichannel heat sink), nĩ rất cần thiết để nghiên cứu nâng cao hiệu quả của quá trình truyền nhiệt trong két nước xe gắn máy bởi các bộ trao đổi nhiệt kênh mini (minichannel heat sinks). Mục đích của nghiên cứu này là thực hiện một nghiên cứu số học và thực nghiệm để thiết kế chế tạo bộ tản nhiệt mới dùng kênh mini thay cho bộ két nước truyền thống trên xe tay ga; tìm ra sự ảnh hưởng của lưu lượng khối lượng nước và vận tốc giĩ đến quá trình truyền nhiệt trong bộ tản nhiệt kênh cĩ kênh mini, nghiên cứu đưa ra những điều kiện hoạt động của bộ trao đổi nhiệt kênh mini để nâng cao hiệu quả truyền nhiệt. 1.2 MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.2.1 Mục tiêu Mục tiêu cụ thể đạt được Thiết kế chế tạo một bộ tản nhiệt mới dùng kênh mini thay cho bộ két nước truyền thống trên xe tay ga. Tìm ra sự ảnh hưởng của lưu lượng khối lượng nước và vận tốc giĩ đến quá trình truyền nhiệt trong bộ tản nhiệt kênh cĩ kênh mini, nghiên cứu đưa ra những điều kiện hoạt động của bộ trao đổi nhiệt kênh mini để nâng cao hiệu quả truyền nhiệt. - 19 -
Cải tiến nâng cao giải nhiệt của két nước xe tay ga bằng bộ tản nhiệt kênh mini Mục tiêu tổng quát Đặt nền tảng cho hướng nghiên cứu về lĩnh vực truyền nhiệt Micro/nano tại Bộ mơn cơng nghệ Nhiệt-Điện lạnh, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật nĩi riêng và các trường đại học khác trên cả nước nĩi chung. Cố gắng bắt kịp các nước tiên tiến một trong những hướng nghiên cứu hiện tại và tương lai về lĩnh vực cơ khí nhiệt và lưu chất. 1.2.2 Cách tiếp cận Từ các nghiên cứu liên quan, đi đến nghiên cứu một đối tượng cụ thể. 1.2.3 Phương pháp nghiên cứu Đề tài được thực hiện bởi sự kết hợp giữa lý thuyết nền tảng và thực nghiệm. 1.2.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Quá trình giải nhiệt của két nước xe tay ga bởi bộ trao đổi nhiệt kênh mini. Mơi chất làm việc: Nước và dung dịch Ethylene Glycol. Nghiên cứu ảnh hưởng của lưu lượng khối lượng nước và vận tốc giĩ đến quá trình truyền nhiệt trong bộ trao đổi nhiệt cĩ kênh mini cĩ 03 pass và 05 pass. Lưu lượng nước: 1,6 đến 4,1 g/s Vận tốc giĩ: 0,8 đến 3,5 m/s. 1.2.5 Nội dung nghiên cứu - Thiết kế mơ hình. - Thí nghiệm kiểm chứng trên mơ hình thực tế. - So sánh những kết quả này với các bài báo quốc tế SCI, SCIE hay EI liên quan. PHẦN 2 CƠ SỞ NGHIÊN CỨU VÀ KẾT QUẢ - 20 -
Cải tiến nâng cao giải nhiệt của két nước xe tay ga bằng bộ tản nhiệt kênh mini 2.1 MƠ HÌNH TỐN HỌC Để phân tích những đặc tính truyền nhiệt và dịng chảy lưu chất, một số giả thiết được đưa ra: - Lưu chất cĩ tính liên tục - Truyền nhiệt ổn định - Bỏ qua truyền nhiệt bức xạ. Những phương trình chính yếu trong hệ thống này bao gồm phương trình liên tục, phương trình mơmen và phương trình năng lượng. Phương trình liên tục     u v w u v w 0 t x y z x y z (1) Phương trình Moment u u u u 1 p  2u 2u 2u u v w x x2 y 2 z 2 t x y z (2a) v v v v 1 p   2v  2v  2v u v w y x 2 y 2 z 2 t x y z (2b) w w w w 1 p  2w 2w 2w u v w z x2 y2 z2 t x y z (2c) Trong điều kiện ổn định:  / t 0,  u /  t 0,  v /  t 0, và w/  t 0 , điều kiện biên cho nước đầu vào là: u. n dS m trong đĩ m là lưu lượng khối  lượng và vận tốc giĩ vào là u=0, v=0, w=w0; điều kiện biên cho đầu ra của dịng T chảy p=p0, và μ((∂u/∂x)+(∂v/∂y)+(∂w/∂z)+((∂u/∂x)+(∂v/∂)+(∂w/∂z)) =0. Trong những phương trình này, μ là độ nhớt động lực học, ρ là khối lượng riêng, u là vận tốc theo phương x, v là vận tốc theo phương y, w là vận tốc theo phương z, p là áp suất và p0 là áp suất ở đầu ra. Cho sự chuyển đổi năng lượng, các vách cĩ điều kiện áp dụng cho vận tốc và nhiệt độ tại vách; những điều kiện này được thể hiện bởi u=0 và Twall=Tfluid at wall. - 21 -
Cải tiến nâng cao giải nhiệt của két nước xe tay ga bằng bộ tản nhiệt kênh mini Phương trình năng lượng T T T T   2T  2T  2T u v w Q c x 2 y 2 z 2 i t x y z p (3) Cho điều kiện ổn định, ∂T/∂t=0; điều kiện biên cho dịng chảy ở vị trí đầu vào là T=T0; điều kiện biên cho dịng chảy ở vị trí đầu ra được mơ tả bởi n k  T 0 , Trong đĩ: Qi là sự phát sinh nhiệt bên trong, T là nhiệt độ, Cp là nhiệt dung riêng đẳng áp,  là hệ số dẫn nhiệt. Với những điều kiện thực nghiệm trong nghiên cứu này, những đặc tính của lưu chất như mật độ dịng nhiệt, hiệu suất truyền nhiệt, tổn thất áp suất và chỉ số hồn thiện của bộ trao đổi nhiệt sẽ được đề cập như sau. Q = mwCp(Tw0 – Twi) (4) Trong đĩ: Q là tốc độ truyền nhiệt mw là khối lượng Cp là nhiệt dung riêng đẳng áp Twi là nhiệt độ đầu vào Tw0 là nhiệt độ đầu ra Lượng nhiệt truyền qua thiết bị, Q, được tính Q m c T T w w w w,o w,i (5) Hiệu suất truyền nhiệt (Theo phương pháp NTU) được xác định Q  w Q max (6) Mật độ dịng nhiệt được tính Q m c (T - T ) q w w w w,o w,i A nL W c c (7) Hay T q k T lm (8) lm R - 22 -
Cải tiến nâng cao giải nhiệt của két nước xe tay ga bằng bộ tản nhiệt kênh mini Độ chênh nhiệt độ trung bình Logarit được xác định TT T max min lm T ln max T min (9) Trong đĩ m là lưu lượng khối lượng, n là số kênh mini, c là nhiệt dung riêng, Tw,i và Tw,o là nhiệt độ đầu vào và đầu ra, q là mật độ dịng nhiệt, A là diện tích truyền nhiệt, k là hệ số truyền nhiệt tổng và Tlm độ chênh nhiệt độ trung bình Logarit. Chỉ số Reynolds được xác định: wD 2m Re h   W D c c (10) Tổn thất áp suất do ma sát được xác định bởi: L L p 2 f w2 2 f Re w D D 2 h h (11) Trong đĩ Dh 4Ac / P là đường kính quy ước, w là vận tốc của nước theo phương z,  là độ nhớt động lực học, là khối lượng riêng, Ac là diện tích mặt cắt, P là chu vi ướt, L là chiều dài kênh và f là hệ số ma sát Fanning. 2.2 LẮP ĐẶT HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM - 23 -
Cải tiến nâng cao giải nhiệt của két nước xe tay ga bằng bộ tản nhiệt kênh mini Trong hệ thống thí nghiệm này, ba bộ phận chính đã được sử dụng: mẫu thí nghiệm (Bộ tản nhiệt kênh mini - Minichannel heat sink hoặc két nước), hệ thống bơm và hệ thống đường ống, như được thể hiện ở hình 2.1. Trong nghiên cứu này, bộ tản nhiệt Minichannel heat sink và két nước đã được dùng làm thí nghiệm. Quá trình truyền nhiệt của những thiết bị này được thực hiện bởi chất lỏng (nước hoặc ethylene glycol) và khơng khí. Nhiệt được truyền cho chất lỏng từ nguồn gia nhiệt. Sau đĩ lưu chất được bơm vào bộ tản nhiệt kênh mini hoặc két nước. Phía cánh tản nhiệt của bộ tản nhiệt kênh mini hoặc hai mặt bên của két nước được giải nhiệt bằng giĩ. Hình 2.1 Mơ hình thực nghiệm Két nước cĩ 14 ống với chiều dài ống là 150 mm và chiều rộng là 24 mm. Các cánh tản nhiệt được hàn vào ống nước. Các ống cĩ mặt cắt ngang là hình chữ nhật với chiều cao 2 mm. Khỗng cách giữa hai ống kề nhau kề nhau là 1mm. Tất cả các ống được kết nối bởi các ống dẫn ở đầu vào và đầu ra. Các ống dẫn cĩ dạng hình chữ nhật với chiều rộng là 24 mm và chiều dài là 1 mm. Mỗi đầu vào và đầu ra của bộ tản nhiệt này cĩ diện tích mặt cắt ngang là 25 mm2. Bảng số 2.1 cho thấy thơng số kỹ thuật của két nước làm mát. Bảng 2.1 Thơng số kỹ thuật của két nước - 24 -
Cải tiến nâng cao giải nhiệt của két nước xe tay ga bằng bộ tản nhiệt kênh mini Mục Thơng số kỹ thuật Bộ tản nhiệt động cơ 0.49 lít Dung tích làm mát Bình dự trữ 0.2 lit Áp suất ở nắp bộ tản nhiệt 108 – 137 kPa Dung dịch làm mát tiêu chuẩn Dung dịch làm mát Pre-Mix Honda Hình 2.2 Kích thước mẫu thí nghiệm 03 pass Vật liệu của bộ tản nhiệt kênh mini là nhơm, sử dụng làm bề dày substrate - 25 -
Cải tiến nâng cao giải nhiệt của két nước xe tay ga bằng bộ tản nhiệt kênh mini với hệ số dẫn nhiệt là 237 W/(m.K), khối lượng riêng là 2700 kg/m3, nhiệt dung riêng đẳng áp là 904 J/(kg.K). Bề dày của substrate 1mm. Hình 2.2 cho thấy kích thước mẫu thí nghiệm của bộ tản nhiệt kênh mini cĩ 3 pass. Trong bộ tản nhiệt kênh mini 03 pass cĩ 52 kênh mini với chiều dài kênh là 114 mm. Các kênh mini cĩ mặt cắt ngang là hình chữ nhật với chiều rộng kênh là 1mm và chiều sâu là 1 mm. Khoảng cách giữa hai kênh mini kề nhau là 1mm. Tất cả các kênh được kết nối bởi các ống dẫn ở đầu vào và đầu ra. Các ống dẫn cĩ dạng hình chữ nhật với chiều rộng là 10 mm và chiều sâu là 1 mm. Trong bộ tản nhiệt kênh mini 05 pass cĩ 48 kênh mini với chiều dài kênh là 110 mm. Các kênh mini cũng cĩ mặt cắt ngang là hình chữ nhật với chiều rộng kênh là 1mm và chiều sâu là 1 mm. Khỗng cách giữa hai kênh mini kề nhau là 1mm. Tất cả các kênh được kết nối bởi các ống gĩp ở đầu vào và đầu ra. Các ống gĩp cĩ dạng hình chữ nhật với chiều rộng là 10 mm và chiều sâu là 1 mm. Một lớp của PMMA (polymethyl methacrylate) đã được dán phía trên của substrate bằng cơng nghệ dán tia UV. Hình 2.3 cho thấy kích thước mẫu thí nghiệm của bộ tản nhiệt kênh mini cĩ 5 pass. Các mẫu thí nghiệm này đã được chế tạo bởi cơng nghệ gia cơng mini chính xác. Mỗi đầu vào và đầu ra của bộ tản nhiệt này cĩ diện tích mặt cắt ngang là 25 mm2. PMMA cĩ hệ số dẫn nhiệt là 0,19 (W/mK) và khối lượng riêng là 1420 kg/m3. Hình 2.4 so sánh hình dạng giữa bộ trao đổi nhiệt kênh mini 03 pass và két nước truyền thống. Hình thực của bộ tản nhiệt kênh mini 03 pass và 05 pass được thể hiện ở hình 2.5. Từ hai hình cho thấy rằng bộ tản nhiệt kênh mini 05 pass nhỏ hơn rất nhiều so với két nước truyền thống. Các thơng số cơ bản của hai bộ tản nhiệt kênh mini này thể hiện ở bảng 2.2. Bảng 2.2 Các thơng số của bộ tản nhiệt Bộ tản nhiệt Kích thước substrate Chiều dài kênh Số kênh L(mm) W(mm) T(mm) (mm) 03 pass 150 120 12 114 52 05 pass 140 110 12 110 48 - 26 -
Cải tiến nâng cao giải nhiệt của két nước xe tay ga bằng bộ tản nhiệt kênh mini Hình 2.3 Kích thước mẫu thí nghiệm 05 pass Hình 2.4 So sánh bộ trao đổi nhiệt kênh mini 03 pass và két nước truyền thống - 27 -
Cải tiến nâng cao giải nhiệt của két nước xe tay ga bằng bộ tản nhiệt kênh mini a) Loại 03 pass b) Loại 05 pass Hình 2.5 Bộ trao đổi nhiệt kênh mini dùng vật liệu nhơm Dụng cụ thí nghiệm Đo lưu lượng dịng chảy, loại bơm (YS – 1200) được sử dụng cho hệ thống này. Bơm này cĩ lưu lượng dịng chảy 1400 l/h. Bơm này cĩ suất 20 W sử dụng dịng điện xoay chiều 220 V – 240 V, 50 Hz. Bình chứa phụ được dùng với lưu lượng dịng chảy liên tục nhiều hơn. Sự gia nhiệt trước được điều khiển bởi bộ điều chỉnh nhiệt độ OMRON E5CSZ. Trong nghiên cứu này, bộ gia nhiệt với cơng suất tiêu thụ là 300 W được dùng để gia tăng nhiệt. Theo giới hạn của thiết bị này: nhiệt độ lớn nhất là 110 oC; sai số là 0,1 oC; điều khiển nhiệt độ chính xác là 0,1 oC; và độ sai số nhiệt độ là 0,1 oC. Các đầu nối được dùng để kết nối ở đầu vào và đầu ra của các bộ tản nhiệt kênh mini. Ở đầu vào và đầu ra, hai cảm biến nhiệt độ được lắp đặt để ghi các giá trị nhiệt độ. Nhiệt độ nước ở đầu vào và đầu ra được đo bằng cặp nhiệt loại T. Các - 28 -
Cải tiến nâng cao giải nhiệt của két nước xe tay ga bằng bộ tản nhiệt kênh mini cặp nhiệt này được chèn vào trong ống ở đầu nối đầu vào và đầu ra. Ngồi ra, 6 cảm biến nhiệt độ được đặt hai mặt bên của bộ tản nhiệt minichannel. Vì vậy, cĩ tổng cộng 8 cảm biến nhiệt độ được sử dụng để ghi dữ liệu. Tổn thất áp suất được kiểm tra bằng cách sử dụng bộ chuyển đổi áp suất chênh lệch. Tổng tồn thang đo áp suất cĩ một dải thang đo từ 0 – 1 bar với độ chính là 0,025 FS (tồn thang đo). Tín hiệu đầu ra được chuyển đổi thành tín hiệu điện áp thơng qua một bộ chuyển đổi chính xác. Nhiệt độ, áp suất và tín hiệu điện áp đã được ghi lại sử dụng một bộ thu nhận dữ liệu 54-11-CT/HĐ-CTTB, như hình 2.6. Cuối cùng dữ liệu được truyền đến máy tính. Hình 2.6 Bộ thiết bị 54 – 11 –CT/HD - CTTB Kết nối các thiết bị trong bộ đo: Nối nguồn với mạch gia nhiệt (hình 2.7): Cực dương (+V) của nguồn nối với đầu dương của mạch gia nhiệt, đầu âm mạch gia nhiệt nối với dây trắng-xanh của Transitor. Dây trắng của Transitor nối với chân 8 của mạch gia nhiệt, dây xám của Transitor nối với chân 1 của mạch gia nhiệt. Dây vàng-nâu nối với đầu COM của nguồn. - 29 -
Cải tiến nâng cao giải nhiệt của két nước xe tay ga bằng bộ tản nhiệt kênh mini Hình 2.7 Sơ đồ nối dây của cụm thu dữ liệu Nối nguồn với mạch đo nhiệt độ áp suất, nhiệt độ: Nối chân 2 của mạch áp suất, nhiệt độ nối với đầu dương (+V) của nguồn. Nối chân 30 của mạch áp suất, nhiệt độ nối với đầu COM của nguồn. Tiến hành nối các cảm biến nhiệt độ, áp suất theo hướng dẫn các đầu chân như đã giới thiệu ở trên. Nối các cổng USB của mạch gia nhiệt và mạch đo áp suất, nhiệt độ vào máy tính để hiển thị và điều khiển thơng qua phần mềm đã cài đặt. Sau khi kết nối hệ thống ta tiến hành thí nghiệm, khảo sát (như hình 2.8): - 30 -
Cải tiến nâng cao giải nhiệt của két nước xe tay ga bằng bộ tản nhiệt kênh mini Hình 2.8 Ảnh kết nối hệ thống thí nghiệm Dữ liệu thực nghiệm thu được từ bộ tản nhiệt kênh mini theo điều kiện nhiệt độ trong phịng dao động từ 32 ~ 35 oC. Độ chính xác và các dải thang đo của dụng cụ thử nghiệm được liệt kê trong bảng 2.3. Các thiết bị đã được sử dụng để làm thực nghiệm được liệt kê như sau: 1. Cảm biến nhiệt độ, loại T 2. Bơm, mã hiệu (YS – 1200), sản xuất bởi Trung Quốc 3. Bơm, mã hiệu VSP-1200, sản xuất bởi Tokyo Rikakikai 4. Điện trở, mã hiệu AXW-8, sản xuất bởi Medilab 5. Cảm biến áp suất, mã hiệu PMP4110, sản xuất bởi Duck 6. Cân điện tử, mã hiệu TE-214S, sản xuất bởi Sartorious. 7. Cụm thu nhận dữ liệu 54-11-CT/HĐ-CTTB 8. Bộ đo vận tốc giĩ. Bảng 2.3 Độ chính xác và các dải thang đo của dụng cụ thử nghiệm Dụng cụ thử nghiệm Độ chính xác Dải thang đo Cặp nhiệt kế 0,1 oC 0 ~ 100 oC Cảm biến chênh lệch áp suất 0,025% FS 0 ~ 1 bar Bộ căn bằng chính xác 0,0015g 0,0000 ~ 220 g - 31 -
Cải tiến nâng cao giải nhiệt của két nước xe tay ga bằng bộ tản nhiệt kênh mini Đo đạt số liệu a) Đo nhiệt độ Trước khi đo các nhiệt độ đầu vào và đầu ra, chúng ta chắc chắn rằng tất cả các cảm biến nhiệt độ là ở nhiệt độ giống nhau như của mơi trường xung quanh. Sau đĩ, chu kì thử nghiệm hoạt động trong 20 phút để hệ thống đạt đến trạng thái ổn định. Sau đĩ, giá trị nhiệt độ được ghi trong 10 phút. Các giá trị nhiệt độ trong cho hệ thống được tính tốn tổng thể bởi giá trị trung bình cho tất các nhiệt độ đang được ghi. Hai giá trị nhiệt độ từ đầu vào và đầu ra của bộ tản kênh micro được kiểm tra đơi bởi hai cảm biến nhiệt độ ở các đầu nối mà ở đĩ được kết nối đường ống dẫn đến bộ tản nhiệt kênh mini. b) Đo áp suất Trước khi đo tổn thất áp suất, thực hiện việc điều chỉnh đảm bảo rằng tổn thất áp suất giữa đầu vào và đầu ra là 0 Pa. Sau đĩ chu kỳ thử nghiệm được hoạt động trong 20 phút để đạt được trạng thái ổn định của nĩ và sau đĩ, giá trị áp suất được ghi trong 10 phút. Cuối cùng, giá trị áp suất trung bình đã được tính tốn. c) Đo lưu lượng Lưu lượng khối lượng của bơm được xác định bằng cách cân khối lượng thay đổi trong một khoảng thời gian. Trước khi đo lưu lượng khối lượng, ta thực hiện việc điều chỉnh để đảm bảo chắc chắn rằng giá trị của đĩa cân được hiển thị 0,0000 g. Sau đĩ, chu kỳ thử nghiệm được hoạt động trong 20 phút để đạt được trạng thái ổn định. Việc đo đạc lưu lương khối lượng được xác định trong 10 lần. Cuối cùng, giá trị trung bình của lưu lượng khối lượng đã được tính tốn. Phân tích sai số Sự phân tích sai số với các thơng số đã được xác định theo phương pháp của Holman [18] - 32 -
Cải tiến nâng cao giải nhiệt của két nước xe tay ga bằng bộ tản nhiệt kênh mini Trong đĩ R được xác định bởi một hàm số đã cho của các biến đo khác x1, x2, x3, xn, R = R (x1, x2, x3, xn ) và u1, u2, u3, un là các sai số trong các biến đo này. Cặp nhiệt kế và hệ thống thu thập dữ liệu đã được điều chỉnh ở trạng thái nước đĩng băng để sai số là 0,1 oC. Hai cặp nhiệt kế loại T được bố trí ở đầu vào và đầu ra của bộ tản nhiệt kênh mini để ghi các giá trị nhiệt độ. Hai cặp khác được bố trí ở các đầu nối của cuối đầu vào và đầu ra. Bổ sung thêm một cặp nữa để bố trí ở phía trên và phía dưới các mặt của PMMA. Vì vậy, tổng cộng là 5 cặp nhiệt kế loại T được dùng để đo nhiệt độ. Trên tồn thang đo áp suất cĩ dải thang đo từ 01 bar với độ chính là 0,025. Theo phép đo lưu lượng khối lượng, tất các các phép đo được thực hiện với độ chính xác của cân điện tử chính xác là 0,0015 g. - 33 -
Cải tiến nâng cao giải nhiệt của két nước xe tay ga bằng bộ tản nhiệt kênh mini 2.3. CÁC KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 2.3.1 Các kết quả mơ phỏng Các bộ tản nhiệt được mơ phỏng số bởi phần mềm COMSOL Multiphysics software, phiên bản 4.3b. Phương pháp PARDISO (Parallel Direct Solver) đã được sử dụng để giải cho mơ hình này [19]. Trong nghiên cứu này, nước và khơng khí là các lưu chất làm việc. Với lưu lượng khối lượng của nước thay đổi từ 1,6 đến 4,1g/s, chỉ số Reynolds của nước thì bé nhưng chỉ số Reynolds của khơng khí lớn hơn 104, do vậy mơ hình áp dụng cho điều kiện chảy rối trong trường hợp này. Các phần tử lưới được chia ở dạng hình tam giác, như hình 2.9. Sơ đồ phân lưới này được chia tới 215.141 phần tử lưới; số phần tử tự do là 286.223; sai số tương đối là 10-4. Hình 2.9 Phân bố lưới cho bộ tản nhiệt loại 5 pass Trong nghiên cứu này, dữ liệu mơ phỏng số được thực hiện ở điều kiện nhiệt độ ban đầu 35oC; vận tốc khơng khí được giữ khơng đổi ở 3 m/s; lưu lượng khối lượng của nước thay đổi từ 1,6 to 4,1 g/s và nhiệt độ đầu vào của nước ở 62oC. Trường nhiệt độ của bộ tản nhiệt kênh mini loại 5 pass được thể hiện ở hình 2.10 cho lưu lượng khối lượng của nước ở 3,28 g/s. Hình 2.10 Trường nhiệt độ của bộ tản nhiệt loại 5 pass - 34 -
Cải tiến nâng cao giải nhiệt của két nước xe tay ga bằng bộ tản nhiệt kênh mini Kết quả ở hình 2.10 cho thấy rằng gradient nhiệt độ của bộ tản nhiệt này đi từ vùng khơng khí đến vùng nước. Gradient nhiệt độ cực đại khảo sát thu được ở vị trí nước đầu vào, như thể hiện ở hình 2.11. Hình 2.11 Biên dạng của gradient nhiệt độ của bộ tản nhiệt loại 5 pass Gradient nhiệt độ ở tại các gĩc giữa đầu vào và ra của nước và ống gĩp thể hiện rất phức tạp bởi vì ở tại những vị trí này chúng truyền nhiệt đến PMMA với những vector gradient nhiệt độ xoắn. Ở tại các ống gĩp, nhiệt độ cao hơn ở trong kênh mini bởi những tác động của dịng chảy lưu chất trong kênh: nhiệt truyền từ ống gĩp bên này qua ống gĩp bên kia. 60 14 12 C 58 o C o 10 56 8 6 54 4 Outlet temperature, 52 Outlet temperature 2 Temperature difference, Temperature difference 50 0 1 2 3 4 5 Mass flow rate of water, g/s Hình 2.12 Mối quan hệ giữa nhiệt độ và lưu lượng của nước ở vận tốc giĩ 2,2 m/s Trong trường hợp thay đổi lưu lượng khối lượng của nước, nhiệt độ mơi trường được duy trì ở 35 C, nhiệt độ nước đầu vào ở 62 C, vận tốc khơng khí - 35 -
Cải tiến nâng cao giải nhiệt của két nước xe tay ga bằng bộ tản nhiệt kênh mini 2,2m/s và lưu lượng khối lượng thay đổi từ 1,6 g/s đến 4,1 g/s. Hình 2.12 thể hiện mối quan hệ giữa nhiệt độ đầu ra và lưu lượng khối lượng của nước. Khi lưu lượng nước tăng, nhiệt độ đầu ra của nước tăng, điều này đã dẫn đến độ chênh nhiệt độ của nước giảm và nhiệt lượng tăng. 2.3.2. Các kết quả thực nghiệm Thay đổi lưu lượng khối lượng của nước Trong phần nghiên cứu này, lưu chất làm việc là nước, dữ liệu thực nghiệm thu được ở nhiệt độ mơi trường ở 35 C; vận tốc đầu vào của khơng khí ở 3 m/s; lưu lượng khối lượng của nước thay đổi từ 1,64 đến 4,1 g/s và nhiệt độ đầu vào của nước duy trì ở 62C [20]. Hình 2.13 thể hiện mối quan hệ giữa nhiệt độ đầu ra và lưu lượng nước cho bộ tản nhiệt 3 pass và két nước. Khi lưu lượng nước tăng, độ chênh nhiệt độ giữa đầu vào và ra của nước giảm, điều này dẫn đến nhiệt độ đầu ra của nước tăng. Bên cạnh đĩ, nhiệt độ đầu vào của nước thu được nhỏ hơn hoặc bằng giá trị thu được từ két nước truyền thống. Như một kết quả, độ chênh nhiệt độ của bộ tản nhiệt kênh mini thì cao hơn hoặc bằng két nước, điều này đã dẫn đến khả năng truyền nhiệt của bộ tản nhiệt kênh mini tốt hơn. 60 Radiator C 0 Minichannel 55 50 45 Wateroutlet temperature, 40 0 1 2 3 4 5 Mass flow rate, g/s Hình 2.13 Nhiệt độ đầu ra và lưu lượng khối lượng của nước cho bộ tản nhiệt kênh mini 03 pass và két nước - 36 -
Cải tiến nâng cao giải nhiệt của két nước xe tay ga bằng bộ tản nhiệt kênh mini Trong một so sánh giữa bộ tản nhiệt 03 pass và 05 pass [21], dữ liệu thực nghiệm thu được ở điều kiện mơi trường 34 C; vận tốc khơng khí duy trì ở 3m/s; lưu lượng khối lượng của nước thay đổi từ 1,64 to 4,1g/s và nhiệt độ đầu vào của nước duy trì ở 62,5 C. 18 C o 15 12 9 6 5_pass 3_pass 3 Water temperature difference, 0 1 2 3 4 5 Mass flow rate of water, g/s Hình 2.14 Độ chênh nhiệt độ và lưu lượng của nước 140 130 5_pass 3_pass 120 110 100 Heat transfer rate, W 90 80 1 2 3 4 5 Mass flow rate of water, g/s Hình 2.15 Nhiệt lượng và lưu lượng của nước - 37 -
Cải tiến nâng cao giải nhiệt của két nước xe tay ga bằng bộ tản nhiệt kênh mini Khi lưu lượng nước tăng, nhiệt độ đầu ra của nước tăng, điều này dẫn đến độ chênh nhiệt độ của nước giảm như thể hiện ở hình 2.14. Tuy nhiên, thành phần lưu lượng khối lượng tăng mạnh hơn thành phần độ chênh nhiệt độ, do vậy nhiệt lượng của bộ tản nhiệt tăng khi tăng lưu lượng nước. Dữ liệu thực nghiệm cũng thể hiện rằng nhiệt lượng thu được từ bộ tản nhiệt kênh mini với 05 pass thì cao hơn giá trị thu được từ bộ 03 pass như thể hiện ở hình 2.15. So sánh với bộ 03 pass, bộ tản nhiệt 05 pass cĩ độ chênh nhiệt độ cao hơn. Điều này là do thời gian chuyển động của dịng nước trong mơ hình 05 pass thì lâu hơn mơ hình 03 pass. Với bộ tản nhiệt kênh mini 05 pass, nhiệt lượng 132W đã thu được khi nước cĩ nhiệt độ đầu vào 62,5 C và lưu lượng nước 4,1 g/s và khi khơng khí cĩ vận tốc 3 m/s và nhiệt độ mơi trường ở 34 C. Thay đổi vận tốc giĩ Trong trường hợp so sánh giữa bộ tản nhiệt kênh mini 03 pass và két nước, lưu lượng nước duy trì ở 3,8 g/s, nhiệt độ đầu vào của nước ở 62C, vận tốc khơng khí thay đổi từ 0,8 đến 3,5 m/s. Một sự so sánh về độ chênh nhiệt độ của nước khi tăng vận tốc khơng khí được thể hiện ở hình 2.16. Kết quả khảo sát cho thấy rằng độ chênh nhiệt độ của nước tăng khi vận tốc giĩ tăng. Như là kết quả, nhiệt lượng cũng tăng khi vận tốc giĩ tăng. Kết quả khảo sát cũng cho thấy rằng nhiệt lượng thu được từ bộ tản nhiệt 03 pass cao hơn két nước ở những giá trị vận tốc giĩ cao (trên 1,5 m/s), như thể hiện ở hình 2.17. Kết quả thể hiện với vận tốc giĩ cao, sự truyền nhiệt phía sau két nước khơng tốt bởi vì chúng cĩ quá nhiều cánh và khoảng cách các cánh quá hẹp, điều này đã dẫn đến vận tốc khơng khí ra khỏi két nước nhỏ. Trong khi đĩ, sự phân phối giĩ trên bề mặt của bộ tản nhiệt kênh mini thì tốt hơn két nước; nĩ khơng cĩ sự suy giảm vận tốc ở bề mặt truyền nhiệt. Với bộ tản nhiệt kênh mini 03 pass, nhiệt lượng 145 W đã thu được khi nước cĩ nhiệt độ đầu vào 62 C và lưu lượng nước 3,8 g/s và khi khơng khí cĩ vận tốc 3,5 m/s và nhiệt độ mơi trường ở 34 C như hình 2.17. - 38 -
Cải tiến nâng cao giải nhiệt của két nước xe tay ga bằng bộ tản nhiệt kênh mini 10 Radiator C 0 8 Minichannel 6 4 2 Temperaturedifference, 0 0 1 2 3 4 Air velocity, m/s Hình 2.16. So sánh độ chênh nhiệt độ của nước và vận tốc khơng khí giữa bộ tản nhiệt 03 pass và két nước 150 140 Radiator 130 Minichannel 120 110 100 90 Heat transfer rate,HeattransferW 80 70 60 0 1 2 3 4 Air velocity, m/s Hình 2.17 So sánh độ chênh nhiệt độ của nước và vận tốc khơng khí giữa bộ tản nhiệt 03 pass và két nước Trong trường hợp so sánh giữa bộ tản nhiệt kênh mini 03 pass và 05 pass, nhiệt độ mơi trường ở 34 C, nhiệt độ đầu vào của nước ở 62 C, lưu lượng của nước ở 4,1 g/s và vận tốc giĩ thay đổi từ 0,8 m/s đến 3,5 m/s. - 39 -
Cải tiến nâng cao giải nhiệt của két nước xe tay ga bằng bộ tản nhiệt kênh mini 60 C o 58 56 5_pass 54 3_pass 52 Water outlet temperature, temperature, outlet Water 50 0.5 1.5 2.5 3.5 4.5 Air velocity, m/s Hình 2.18. Nhiệt độ đầu ra của nước và vận tốc giĩ Hình 2.18 thể hiện mối quan hệ giữa nhiệt độ đầu ra của nước và vận tốc giĩ. Khi vận tốc giĩ tăng, nhiệt độ đầu ra của nước giảm, điều này dẫn đến độ chênh nhiệt độ tăng. Do vậy nhiệt lượng tăng khi tăng vận tốc giĩ. Bên cạnh đĩ, kết quả khảo sát cho thấy rằng nhiệt độ đầu ra của nước thu được từ bộ tản nhiệt 05 pass thấp hơn bộ 03 pass. Cho nên, nhiệt lượng của bộ tản nhiệt 05 pass cao hơn bộ 03 pass, như hình 2.19. Trong trường hợp thay đổi vận tốc giĩ này, cho bộ tản nhiệt 05 pass, nhiệt lượng 137 W đã thu được khi nước cĩ nhiệt độ đầu vào 62 C và lưu lượng nước 4,1 g/s và khi khơng khí cĩ vận tốc 3,5 m/s. - 40 -
Cải tiến nâng cao giải nhiệt của két nước xe tay ga bằng bộ tản nhiệt kênh mini 160 140 5_pass 3_pass 120 100 80 Heat transfer rate, W 60 40 0.5 1.5 2.5 3.5 4.5 Air velocity, m/s Hình 2.19. Nhiệt lượng và vận tốc giĩ Thay đổi lưu chất làm việc Với điều kiện thực nghiệm trên bộ tản nhiệt 03 pass, lưu lượng khối lượng của dung dịch ethylene (dung dịch ethylene 11%) ở 3,28 g/s và nhiệt độ đầu vào ở 60C. Vận tốc giĩ thay đổi từ 0,8 đến 3,5 m/s với nhiệt độ mơi trường trung bình ở 34C. Kết quả thực nghiệm chỉ rằng ở vận tốc giĩ cao (trên 1,5 m/s), độ chênh nhiệt độ thu được từ bộ tản nhiệt 03 pass cao hơn két nước nên nhiệt lượng thu được của bộ tản nhiệt cũng cao hơn, như hình 2.20. Ở vận tốc giĩ thấp (nhỏ hơn 1 m/s), quá trình truyền nhiệt quay về điều kiện đối lưu tự nhiên nên két nước cĩ nhiều lợi thế hơn bộ tản nhiệt bởi chúng cĩ nhiều cánh làm tăng diện tích truyền nhiệt. Tuy nhiên, nghiên cứu này cũng đã đo đạt thực tế vận tốc giĩ trên đầu xylanh xe. Với vận tốc xe chạy từ 30 đến 60 km/h, vận tốc giĩ đo được ở đầu xylanh từ 1,2 đến 3,8 m/s. Vì vậy, kết quả thu được với vận tốc giĩ trên 1,2 m/s là phù hợp với điều kiện làm việc thực tế của xe máy. Từ những kết quả trên, bộ tản nhiệt kênh mini 03 pass hồn tồn cĩ thể thay thế cho két nước truyền thống. Sự so sánh giữa dung dịch ethylene và nước cho bộ tản nhiệt 03 pass được thể hiện ở hình 2.21. Kết quả cho thấy rằng độ chênh nhiệt độ từ nước thì cao hơn dung dịch - 41 -
Cải tiến nâng cao giải nhiệt của két nước xe tay ga bằng bộ tản nhiệt kênh mini ethylene. Cùng điều kiện như trên với vận tốc giĩ từ 0,8 đến 3,5 m/s, độ chênh nhiệt độ cực đại là 0,8 C. Các kết quả này phù hợp với các kết quả trong [8]. Sự so sánh trong [8] giữa nước với propylene cĩ cùng kết luận rằng nước vẫn là chất làm mát tốt nhất. 10 Radiator C 0 8 Minichannel 6 4 2 Temperaturedifference, 0 0 1 2 3 4 Air velocity, m/s Hình 2.20. So sánh độ chênh nhiệt độ và vận tốc giĩ 10 Ethylene C 0 8 Water 6 4 2 Temperaturedifference, 0 0 1 2 3 4 Air velocity, m/s Hình 2.21 So sánh giữa ethylene và nước - 42 -
Cải tiến nâng cao giải nhiệt của két nước xe tay ga bằng bộ tản nhiệt kênh mini Với điều kiện thực nghiệm trên bộ tản nhiệt 05 pass, một sự so sánh giữa nước và dung dịch ethylene glycol (ethylene 15%) được thể hiện ở hình 2.22. Điều kiện thực nghiệm này được giữ giống trường hợp thay đổi vận tốc giĩ như ở phần trên. Kết quả thể hiện rằng nhiệt lượng thu được từ nước cao hơn dung dịch ethylene. Các kết quả này đồng thuận với các nghiên cứu lien quan trong [5, 7]. 160 140 Water Ethylene solution 120 100 80 Heat transfer rate, W 60 40 0.5 1.5 2.5 3.5 4.5 Air velocity, m/s Hình 2.22 So sánh giữa nước và dung dịch ethylene cho bộ tản nhiệt 05 pass 100 95 90 85 Num. 80 Exp. Heat transfer rate, W 75 70 1 2 3 4 5 Mass flow rate of water, g/s Hình 2.23 So sánh kết quả mơ phỏng số và thực nghiệm cho vận tốc giĩ ở 2,2 m/s - 43 -
Cải tiến nâng cao giải nhiệt của két nước xe tay ga bằng bộ tản nhiệt kênh mini Với điều kiện thực nghiệm giống ở hình cho bộ tản nhiệt 05 pass, hình 2.23 so sánh kết quả mơ phỏng số và thực nghiệm cho vận tốc giĩ ở 2,2 m/s. Kết quả mơ phỏng số đồng thuận với kết quả từ thực nghiệm với sự sai lệch cực đại của nhiệt lượng là 1,3 W và sai số là 1,5 %. Kết quả cũng cho thấy rằng nhiệt lượng thu được giảm khi lưu lượng nước trên 3,5 g/s. Điều này là do thành phần m T giảm khi tăng lưu lượng nước. Nhiệt lượng cực đại thu được ở vùng quanh 3,5 g/s, như hình 2.23. 140 130 Num. Exp. 120 110 100 Heat transfer rate, W 90 80 1 2 3 4 5 Mass flow rate of water, g/s Hình 2.24 So sánh kết quả mơ phỏng số và thực nghiệm cho vận tốc giĩ ở 3 m/s Kết quả mơ phỏng số và thực nghiệm cho vận tốc giĩ ở 3 m/s cũng được thể hiện ở hình 2.24. Kết quả mơ phỏng số đồng thuận với kết quả từ thực nghiệm với sự sai lệch cực đại của nhiệt lượng là 2,9 W và sai số là 2,5 %. Trong nghiên cứu này, cho bộ tản nhiệt 05 pass, nhiệt lượng 132,2 W đã thu được khi nước cĩ nhiệt độ đầu vào 62 C và lưu lượng nước 4,1 g/s và khi khơng khí cĩ vận tốc 3m/s bằng phương pháp số. - 44 -
Cải tiến nâng cao giải nhiệt của két nước xe tay ga bằng bộ tản nhiệt kênh mini PHẦN 3 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Mơ phỏng số (sử dụng phần mềm COMSOL) đã được thực hiện cho bộ tản nhiệt kênh mini với 05 pass. Trong mơ phỏng này, các kết quả như gradient nhiệt độ, mặt cắt nhiệt độ và trường nhiệt độ bề mặt bộ tản nhiệt đã được đề cập đến. Các kết quả thu được từ mơ phỏng số phù hợp với các kết quả từ thực nghiệm với sai số cực đại là 2,5%. Các nghiên cứu thực nghiệm đã được thực hiện để so sánh quá trình truyền nhiệt giữa bộ tản nhiệt kênh mini 03 pass với két nước truyền thống. Kích thước bộ tản nhiệt kênh mini 03 pass chỉ bằng 64% kích thước của két nước của xe; tuy nhiên, nhiệt lượng thu được từ bộ tản nhiệt kênh mini 03 pass cao hơn hoặc bằng giá trị thu được từ két nước. Một so sánh giữa bộ tản nhiệt kênh mini 03 pass với 05 pass cũng đã được thực hiện; khi số pass tăng từ 3 đến 5 pass, nhiệt lượng thu được từ bộ tản nhiệt 05 pass tăng lên. Cho nghiên cứu này, kích thước thu được từ bộ tản nhiệt 05 pass chỉ bằng 86% kích thước của bộ tản nhiệt 03 pass. Trong trường hợp thay đổi vận tốc giĩ, cho bộ tản nhiệt 05 pass, nhiệt lượng 137 W đã thu được khi nước cĩ nhiệt độ đầu vào 62 C và lưu lượng nước 4,1 g/s và khi khơng khí cĩ vận tốc 3,5 m/s. Thêm vào đĩ, kết quả từ thực nghiệm cũng cho thấy rằng hiệu quả truyền nhiệt của bộ tản nhiệt kênh mini khi dùng nước là lưu chất làm việc cao hơn dùng dung dịch ethylene. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu liên quan trước. Từ những kết quả nghiên cứu trên, bộ tản nhiệt kênh mini (03 pass và 05 pass) hồn tồn cĩ thể thay thế cho két nước truyền thống khi chúng cần tiêu tán cùng một lượng nhiệt. Với những kết quả nghiên cứu đạt được như trên, nghiên cứu này đã gĩp phần đặt nền tảng cho hướng nghiên cứu về lĩnh vực truyền nhiệt Micro/nano tại Bộ mơn cơng nghệ Nhiệt-Điện lạnh, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật nĩi riêng và các trường đại học khác trên cả nước nĩi chung. Thêm vào đĩ, hướng nghiên - 45 -
Cải tiến nâng cao giải nhiệt của két nước xe tay ga bằng bộ tản nhiệt kênh mini cứu này cũng gĩp phần bắt kịp các nước tiên tiến một trong những hướng nghiên cứu hiện tại và tương lai về lĩnh vực cơ khí nhiệt và lưu chất. Tuy nhiên, nghiên cứu này chỉ phân tích về mặt truyền nhiệt của động cơ, nghiên cứu tổng thể hiệu suất của động cơ khi sử dụng bộ tản nhiệt này là hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài này. LỜI CẢM ƠN Nhĩm tác giả cảm ơn sâu sắc đến sự hỗ trợ cho nghiên cứu này bởi đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường trọng điểm (T2014-22TĐ/KHCN-GV) của Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp. HCM. - 46 -
Cải tiến nâng cao giải nhiệt của két nước xe tay ga bằng bộ tản nhiệt kênh mini TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] P. K. Trivedi và N. B.Vasava, Effect of Variation in Pitch of Tube on Heat Transfer Rate in Automobile Radiator by CED Analysis, International Journal of Engineering and Advanced Technology (IJEAT), Volume-1, Issue-6, 2012, pp. 180-183 [3] JP Yadav và Bharat Raj Singh, Study on Performance Evaluation of Automotive Radiator, S-JPSET, Vol. 2, Issue 2, 2011, pp. 47-56 [4] S. M. Khot và Santosh D. Satre, Comparitive study of cooling jacket models of a Diesel engine using CFD analysis, Proceedings of the NCNTE-2012, Third Biennial National Conference on Nascent Technologies, 2012, pp.69-74 [5] O. P. Singh, M. Garg , V. Kumar và Y.V Chaudhary, Effect of Cooling System Design on Engine Oil Temperature, Journal of Applied Fluid Mechanics, Vol. 6, No. 1, pp. 61-71, 2013. [6] Qingzhao Wang và Steven Trogdon, Numerical analysis of cooling effects of a cylinder heat water jacket, In Fulfillment of the Requirements for the Degree Masters of Science in Applied and Computational Mathematics, the University of Minnesota Duluth, 2009 [7] J.Ajay Paul, Sagar Chavan Vijay, U.Magarajan và R.Thundil Karuppa Raj, Experimental and Parametric Study of Extended Fins In The Optimization of Internal Combustion Engine Cooling Using CFD, International Journal of Applied Research in Mechanical Engineering (IJARME), Volume-2, Issue-1, 2012, pp. 81-90 [8] Pulkit Agarwal, Mayur Shrikhande và P. Srinivasan, Heat Transfer Simulation by CFD from Fins of an Air Cooled Motorcycle Engine under Varying Climatic Conditions, Proceedings of the World Congress on Engineering 2011 Vol III, WCE 2011, July 6 – 8, 2011, London, U.K., pp. 1-5 [9] Masao YOSHIDA, Soichi ISHIHARA, Yoshio MURAKAMI, Kohei NAKASHIMA và Masago YAMAOTO, Air – cooling effects of Fins on a Motorcycle Engine, JSME International Juornal, Series B, Vol 49, No 3, 2006, pp. 869-875 [10] Robert Siege1 và Robert W. Graham, Effect of Fin Passage Length on Optimization of Cylinder Head Cooling Fins, NASA Technical Paper 1054, 1977, pp. - 47 -
Cải tiến nâng cao giải nhiệt của két nước xe tay ga bằng bộ tản nhiệt kênh mini 1-34 [11] Salvio Chackol, Biswadip Shomel, và Vinod Kumar, A.K. Agarwal, D.R. Katkar, Numerical Simulation for Improving Radiator Efficiency by Air Flow Optimization, ANSA & µETA International Congress, June 2-3, 2005, pp. 1-10 [12] Robert S. Laramee, Effective visualization of heat transfer, 12th international symposium on flow visualization, September 10-14, 2006, German Aerospace Center (DLR), Gưttingen, Germany, pp. 1-11 [13] Wamei Lin, Modeling and Performance Analysis of Alternative Heat Exchangers for Heavy Vehicles, Thesis for the degree of Licentiate of Engineering, Lund University, 2011 [14] Arnolde Biermann và Benjamin Pinkel, Heat transfer from finned metal cylinders in an air stream, RDPORT NATIONAL ADVISORY COMMIITW FOR AD130NAUTIC, 2014, pp. 251-270 [15] Andrew Powell, Engineering Projects, 1563 Major Oaks Road Pickering, Ontario L1X 2L1 Canada, 2005, pp. 1-61 [16] Đặng Thành Trung và Đồn Minh Hùng, Nghiên cứu ảnh hưởng lực trọng trường đến các đặc tính truyền nhiệt và lưu chất trong bộ trao đổi nhiệt Microchannel, Đề tài cấp Trường Trọng điểm 2011 – Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. HCM, 2011. [17] Đặng Thành Trung và Đồn Minh Hùng, Nghiên cứu ảnh hưởng tính chất vật lý của lưu chất trong bộ microchannel heat sink, Đề tài cấp Trường Trọng điểm 2012 – Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. HCM, 2012. [18] J.P. Holman, Experimental methods for engineers, McGraw-Hill, New York, 1984 [19] Thanhtrung Dang, Thanhnghia Nguyen, Ducduy Nguyen, Truclinh T. Dang, Kimlam Co, Hoangdu Pham, Minhtuan Pham, and Thaihuy Vo, Numerical simulation on heat transfer phenomena of a minichannel heat exchanger with five passes, The 2nd International Conference on Green Technology and Sustainable Development 2014 (GTSD14), Ho Chi Minh city, Oct 29-30, 2014, pp 266-271 [20] Thanhtrung Dang, Daly Minh Nao, Ngoctan Tran, and Jyh-tong Teng, A novel design for a scooter radiator using minichannel, International Journal of Computational Engineering Research, 2013,Volume 3, Issue 6, pp. 41-49 - 48 -
Cải tiến nâng cao giải nhiệt của két nước xe tay ga bằng bộ tản nhiệt kênh mini [21] Thanhtrung Dang, Minhhung Doan, Batan Le, and Jyh-tong Teng, Enhancing heat transfer efficiency of minichannel heat exchangers by increasing the pass number, The 2nd International Conference on Green Technology and Sustainable Development 2014 (GTSD14), Ho Chi Minh city, Oct 29-30, 2014, pp 261-265. - 49 -