Đề tài Nghiên cứu ảnh hưởng lực trọng trường đến các đặc tính truyền nhiệt và lưu chất trong bộ trao đổi nhiệt microchannel (Phần 1)

Nội dung text: Đề tài Nghiên cứu ảnh hưởng lực trọng trường đến các đặc tính truyền nhiệt và lưu chất trong bộ trao đổi nhiệt microchannel (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG LỰC TRỌNG TRƯỜNG ĐẾN CÁC ĐẶC TÍNH TRUYỀNS K C 0 0 0 2 8 1 NHIỆT VÀ LƯU CHẤT TRONG BỘ TRAO ĐỔI NHIỆT MICROCHANNEL MÃ SỐ: T2011-07TĐ/KHCN-GV S K C 0 0 3 3 2 7 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 2011
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG LỰC TRỌNG TRƯỜNG ĐẾN CÁC ĐẶC TÍNH TRUYỀN NHIỆT VÀ LƯU CHẤT TRONG BỘ TRAO ĐỔI NHIỆT MICROCHANNEL Mã số: T2011-07TĐ/KHCN-GV Chủ nhiệm đề tài: TS. Đặng Thành Trung TP. HCM, 12/2011
3. 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 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG LỰC TRỌNG TRƯỜNG ĐẾN CÁC ĐẶC TÍNH TRUYỀN NHIỆT VÀ LƯU CHẤT TRONG BỘ TRAO ĐỔI NHIỆT MICROCHANNEL Mã số: T2011-07TĐ/KHCN-GV Chủ nhiệm đề tài: TS. Đặng Thành Trung Thành viên đề tài: KS. Đoàn Minh Hùng TP. HCM, 12/2011
4. Ảnh hưởng lực trọng trường đến các đặc tính truyền nhiệt và lưu chất trong bộ trao đổi nhiệt microchannel MỤC LỤC Thông tin kết quả nghiên cứu 2 Information on research results 3 Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt 4 Phần 1. Giới thiệu 6 Phần 2. Phương pháp thực nghiệm 13 Phần 3. Các kết quả và thảo luận 22 Phần 4. Kết luận và kiến nghị 30 Lời cảm ơn 31 Tài liệu tham khảo 36 Phụ lục 35
5. Ảnh hưởng lực trọng trường đến các đặc tính truyền nhiệt và lưu chất trong bộ trao đổi nhiệt microchannel THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 1. Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng lực trọng trường đến các đặc tính truyền nhiệt và lưu chất trong bộ trao đổi nhiệt microchannel - Mã số: T2011-07TĐ/KHCN-GV - Chủ nhiệm: TS. Đặng Thành Trung - Cơ quan chủ trì: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. HCM - Thời gian thực hiện: 01/01/2011 đến 30/12/2011 2. Mục tiêu: - Đặt nền tảng cho hướng nghiên cứu về lĩnh vực truyền nhiệt Micro/nano tại Bộ môn công nghệ Nhiệt-Điện lạnh, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật nói riêng và các trường đại học khác trên cả nước nói 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 5. Sản phẩm: Hai BTĐN microchannel và một số cảm biến nhiệt độ. 01 bài báo khoa học đăng tạp chí SCI, 01 bài báo đăng tạp chí EI và 01 bài báo đăng hội nghị quốc tế 6. Hiệu quả, phƣơng thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng: Tính đến ngày 24/11/2011, kết quả nghiên cứu đã được trích lục hơn 6 lần bởi Scopus. Trƣởng Đơn vị Chủ nhiệm đề tài
6. Ảnh hưởng lực trọng trường đến các đặc tính truyền nhiệt và lưu chất trong bộ trao đổi nhiệt microchannel (ký, họ và tên) (ký, họ và tên) INFORMATION ON RESEARCH RESULTS 1. General information: Project title: Influence of gravity on the heat transfer and fluid flow behaviors of the microchannel heat exchangers. Code number: T2011-07TĐ/KHCN-GV Coordinator: Thanhtrung Dang, Ph.D. Implementing institution: Hochiminh city University of Technical Education Duration: from January 01, 2011 to December 30, 2011 2. Objective(s): 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 achied. 5. Products: Two microchannel heat exchangers A SCI journal paper, a EI journal paper, and a EI international conference paper.
7. Ảnh hưởng lực trọng trường đến các đặc tính truyền nhiệt và lưu chất trong bộ trao đổi nhiệt microchannel 6. Effects, transfer alternatives of reserach results and applicability: Up to November 24, 2011, the results have been cited more than six times by Scopus. DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 2 Ac diện tích mặt cắt, m BTĐN bộ trao đổi nhiệt Dh đường kính quy ước, m f hệ số ma sát Fanning 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 NTU chỉ số truyền nhiệt đơn vị (Number of Transfer Unit) Nu chỉ số Nusselt p áp suất, Pa P đường kính ướt, m Q lượng nhiệt truyền qua thiết bị, W q mật độ dòng 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
8. Ảnh hưởng lực trọng trường đến các đặc tính truyền nhiệt và lưu chất trong bộ trao đổi nhiệt microchannel  hệ số dẫn nhiệt, W/m K  vận tốc, m/s  hiệu suất  chỉ số hoàn thiện, W/kPa T nhiệt độ chênh lệch, K p tổn thất áp suất, Pa
9. Ảnh hưởng lực trọng trường đến các đặc tính truyền nhiệt và lưu chất trong bộ trao đổi nhiệt microchannel PHẦN 1. GIỚI THIỆU Trong những năm gần đây, công nghệ Mico/Nano đang được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật. Trong đó, thiết bị truyền nhiệt microchannel là một trong những ứng dụng của công nghệ này, nó được ứng dụng trong lĩnh vực giải nhiệt các linh kiện điện tử, trong kỹ thuật hóa học, trong các nhà máy điện nguyên tử micro, Bộ trao đổi nhiệt (BTĐN) microchannel có ý nghĩa quan trọng trong những phạm vi sử dụng cần không gian hẹp, mật độ dòng nhiệt cao hay thiết bị truyền nhiệt nhỏ gọn. Có rất nhiều nghiên cứu về các BTĐN micro như cho dòng chảy một pha, dòng hai pha, một số BTĐN micro dùng trong hệ thống điều hòa không khí với môi chất lạnh là C02, tối ưu hóa cho các BTĐN micro, những ứng dụng của BTĐN micro, Trong các nghiên cứu đó, nghiên cứu liên quan đến BTĐN micro cho dòng chảy một pha được đề cập nhiều nhất. Một nghiên cứu tổng quan về BTĐN microchannel liên quan đến vật lý dòng chảy, các phương pháp gia công và các ứng dụng đã được thực hiện bởi Bowman and Maynes [1]. Trước tiên, nghiên cứu này đã giới thiệu những kết quả thực nghiệm và mô phỏng số học của dòng chảy lưu chất trong kênh micro. Xa hơn nữa, một số phương pháp gia công cho các thiết bị micro như gia công micro, khắc hóa chất, gia công laxe, gia công bởi máy chính xác, cũng đề cập. Tổng quan về đặc tính truyền nhiệt và dòng chảy lưu chất trong BTĐN micro cũng đã thực hiện bởi Dang cùng cộng sự [2]. Tổng quan của kết quả thực nghiệm liên quan đến truyền nhiệt đối lưu của dòng chảy một pha trong kênh micro cũng đã được thực hiện bởi Morini [3], với những kết quả thu được cho hệ số ma sát, trạng thái quá độ từ chảy tầng đến chảy rối và hệ số Nusselt trong kênh có đường kính quy ước nhỏ hơn 1 mm. Dang [4] đã nghiên cứu đặc tính truyền nhiệt và dòng chảy lưu chất cho những BTĐN micro có kênh hình chữ nhật cho cả mô phỏng số học lẫn