Luận văn Nghiên cứu đặc tính của ống nhiệt ứng dụng cho khuôn ép nhựa (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu đặc tính của ống nhiệt ứng dụng cho khuôn ép nhựa (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VAN HÊN NGHIÊN CỨU ÐẶC TÍNH CỦA ỐNG NHIỆT ỨNG DỤNG CHO KHUÔN ÉP NHỰA NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ S K C0 0 4 9 5 6 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2016
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN HÊN NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH CỦA ỐNG NHIỆT ỨNG DỤNG CHO KHUÔN ÉP NHỰA NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2016
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN HÊN NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH CỦA ỐNG NHIỆT ỨNG DỤNG CHO KHUÔN ÉP NHỰA NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ Hướng dẫn khoa học: TS. PHẠM SƠN MINH Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2016
4. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: NGUYỄN VĂN HÊN Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 14-11-1984 Nơi sinh: An Giang Quê quán: An Giang Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Số nhà 0529, Khối nhà A1, nhà ở an sinh xã hội Becamex, đường N12, KDC Hòa Lợi, Khu 1, phường Hòa Phú, Tp. Thủ Dầu Một, tỉnh Bình Dương. Điện thoại cơ quan: 06502221035 Fax: 06502221037 Điện thoại nhà riêng: 0946454446 E-mail: nguyenhen1984@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Đại học: Hệ đào tạo: Chính qui Thời gian đào tạo từ 09/2003 đến 09/2007 Nơi học: Trường Đại học Cần Thơ, Khu II, đường 3/2, phường Xuân Khánh, quận Ninh Kiều, TP. Cần Thơ. Ngành học: Cơ khí. III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 2007-2010 Công ty TNHH LG Vina Chem Giám sát bảo trì cơ khí 2010-2012 Công ty cổ phần KYVY Kỹ thuật trưởng 02/2012- Đến nay Công ty TNHH Fuji Seal Việt Nam Trưởng bộ phận Bảo trì i
5. LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu riêng của cá nhân tôi, được thực hiện với sự hướng dẫn khoa học của TS. Phạm Sơn Minh. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 14 tháng 09 năm 2016 (Ký tên và ghi rõ họ tên) NGUYỄN VĂN HÊN ii
6. LỜI CÁM ƠN Lời đầu tiên tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc nhất đến TS. Phạm Sơn Minh đã tận tình hướng dẫn, luôn quan tâm, động viên, khích lệ, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Phòng Đào Tạo trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM đã tạo điều kiện để tôi có thể hoàn thành chương trình đào tạo bậc cao học. Trong suốt thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp, tôi xin chân thành cám ơn quý thầy cô phụ trách chương trình đào tạo thạc sĩ đã truyền đạt những kiến thức quý báu, cung cấp nguồn tài liệu đầy đủ và kịp thời, đồng thời tôi cũng xin cám ơn vì luôn nhận được sự động viên giúp đỡ của tập thể cán bộ Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy của Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật đã tạo điều kiện để tôi có thể hoàn thành chương trình đào tạo bậc cao học. Tôi cũng mong muốn được cám ơn bạn bè, đồng nghiệp và người thân đã động viên, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn. Xin chân thành cám ơn! TP.HCM, tháng 09 năm 2016 iii
7. TÓM TẮT Luận văn này tập trung nghiên cứu về hiệu suất truyền nhiệt của ống nhiệt nhằm ứng dụng cho quá trình điều khiển nhiệt độ cho khuôn phun ép nhựa. Trong quá trình nghiên cứu, thể tích chất lỏng bên trong ống nhiệt sẽ được thay đổi từ 2.5 % đến 60 %. Ngoài ra 3 mô hình ống nhiệt có khả năng ứng dụng cho khuôn phun ép cũng được chế tạo và thực nghiệm. Trong quá trình thí nghiệm, đề tài sẽ thu thập và so sánh nhiệt độ ống nhiệt tại 3 điểm: Điểm đáy (phần sôi), điểm giữa và điểm trên (phần tỏa nhiệt) của ống nhiệt. Kết quả thực nghiệm cho thấy có sự khác biệt lớn về hiệu suất truyền nhiệt theo tỉ lệ của chất lỏng bên trong ống nhiệt và ở các mô hình ống nhiệt khác nhau. Ngoài ra hiệu suất truyền nhiệt của ống nhiệt còn phụ thuộc vào vị trí cấp nhiệt và cách nhiệt cho ống nhiệt. Kết quả tốt nhất của đề tài cho thấy: Với điện tích bề mặt sử dụng 0.01 m2, tốc độ gia nhiệt trung bình cho ống nhiệt là 8.6 0C/phút và tốc độ giải nhiệt cho ống nhiệt trung bình là 13.9 0C/phút ứng với mô hình ống nhiệt 1. Với điện tích bề mặt sử dụng 0.0017 m2, ống nhiệt được cách nhiệt hoàn toàn, tốc độ gia nhiệt trung bình 1.5 0C/giây ứng với mô hình ống nhiệt 2. Ngoài ra nhiệt độ chênh lệch nhỏ nhất giữa hai bề mặt sử dụng là 2 0C ứng với mô hình ống nhiệt 3 với trường hợp mở Van cấp nhiệt ở vị trí 4 tương ứng với điện tích gia nhiệt là 0.0016 m2 cho mỗi mặt làm việc, tốc độ gia nhiệt trung bình tương ứng ở mặt A và B là 1.11 0C/giây và 1.09 0C/giây. Từ khóa: Ống nhiệt, truyền nhiệt, thời gian gia nhiệt, môi chất gia gia nhiệt. iv
8. ABSTRACT The thesis has focused on heat transfer performance of heat pipe in order to process applications for temperature control to plastic injection molds. In this study, the volume percentage rate of working fluid will be changed from 2.5 % to 60 %. 3 heat pipes models capable of injection molding applications are also built in and ex- perimental. In the experiment, the temperature of the bottom (evaporator section), middle and top point (condenser section) of heat pipe was collected and compared. Experimental results show that there is a large difference in performance of heat transfer percentage rate to the liquid inside the heat pipe and heat pipe in the various models. Moreover, the heat transfer performance of heat pipes depends on the loca- tion of heat and thermal insulation for heat pipes. The best results of the research shown that: With the area of 0.01 m2, the average heating speed is 8.6 0C/minute and the cooling is 13.9 0C/minute to the heat pipe first model. With the area of 0.0017 m2 and heat pipes has already insulated, the heating rate is 1.5 0C/s with the heat pipe second model. In addition, the smallest temperature difference between two areas thrid model is 2 0C with the opening of Valve 4 with heating is 0.0016 m2, the average speed corresponding heat in the A and B is 1.11 0C/s and 1.09 0C/ s. Keyword: Heat pipe, heat transfer, heating time, working fluid. v
9. MỤC LỤC Trang tựa Trang LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CÁM ƠN iii TÓM TẮT iv ABSTRACT v DANH SÁCH CÁC HÌNH xi DANH SÁCH CÁC BẢNG xv CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỈ SỐ xvii CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1 1.1 Lịch sử hình thành và phát triển của ống nhiệt 1 1.2 Nghiên cứu về ống nhiệt trong và ngoài nước 3 1.2.1 Trong nước 3 1.2.2 Ngoài nước 7 1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 15 1.3.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài 15 1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài 15 1.4 Mục tiêu, nội dung nghiên cứu và giới hạn đề tài 16 1.5 Phương pháp nghiên cứu 17 1.6 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 17 1.7 Kết cấu của luận văn 18 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 19 2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của ống nhiệt 19 2.1.1 Cấu tạo của ống nhiệt 19 2.1.2 Nguyên lý hoạt động của ống nhiệt 20 2.2 Phân loại ống nhiệt 21 2.2.1 Theo lực tác dụng để đưa chất lỏng ngưng quay trở về phần sôi 22 vi
10. 2.2.2 Theo phạm vi nhiệt độ sử dụng 25 2.2.3 Theo môi chất nạp 25 2.2.4 Theo mục đích sử dụng ống nhiệt 25 2.2.5 Theo hình dạng ống. 25 2.3 Ưu điểm của ống nhiệt [1] 26 2.4 Ứng dụng của ống nhiệt [5] 27 2.4.1 Làm mát linh kiện điện tử 27 2.4.2 Làm nóng nước sử dụng năng lượng mặt trời 29 2.4.3 Chống tan băng các trụ của đường ống dẫn dầu 29 2.4.4 Tái sử dụng nhiệt thải 30 2.4.5 Một số ứng dụng khác của ống nhiệt 31 2.5 Môi chất nạp và vật liệu làm ống nhiệt 31 2.5.1 Chọn môi chất nạp 31 2.5.2 Vật liệu làm ống nhiệt 34 2.5.3 Cách nạp môi chất vào ống nhiệt 34 2.6 Công suất nhiệt của ống nhiệt [1] 35 2.6.1 Công suất nhiệt toàn bộ 35 2.6.2 Công suất nhiệt trong 38 2.7 Ảnh hưởng của lượng nạp môi chất và góc nghiêng tới công suất nhiệt trong Qi của ống nhiệt [1] 41 2.7.1 Ảnh hưởng của lượng nạp 41 2.7.2 Ảnh hưởng của góc nghiêng. 41 2.8 Các loại giới hạn công suất nhiệt của ống nhiệt trọng trường 42 2.8.1 Giới hạn âm thanh 43 2.8.2 Giới hạn sôi 43 2.8.3 Giới hạn lôi cuốn 44 2.9 Chọn chiều dài phần sôi và phần ngưng của ống nhiệt trọng trường 45 2.10 Cơ sở lý thuyết hệ thống giải nhiệt cho khuôn ép phun nhựa [21] 46 2.10.1 Giới thiệu về hệ thống giải nhiệt khuôn 46 vii
11. 2.10.2 Giới thiệu về hệ thống giải nhiệt khuôn 46 2.10.3 Hệ thống kênh dẫn bằng cách khoan thẳng thông thường 47 2.10.4 Mô hình vật lý và tính toán nhiệt cho hệ thống giải nhiệt khuôn 48 CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG, CHẾ TẠO THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM VỀ ỐNG NHIỆT ỨNG DỤNG CHO KHUÔN ÉP NHỰA 49 3.1 Ống nhiệt 49 3.2 Điều khiển nhiệt độ 52 3.3 Súng đo nhiệt độ 54 3.4 Relay điều khiển nguồn điện trở 54 3.5 Bộ nguồn 220 VAC/24 VDC-2.1 A 55 3.6 Đồng hồ đo thời gian 55 3.7 Cốc thủy tinh 56 3.8 ELCB (Earth leakage circuit breake) 56 3.9 Đồng hồ đo áp suất hơi 20 kgf/cm2 57 3.10 Cảm biến nhiệt độ 58 3.11 Điện trở gia nhiệt hình trụ (heater) 59 CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 60 4.1 Tiến hành thí nghiệm 60 4.2 Với ống nhiệt theo mô hình 1 (Hình 3.1), sử dụng điện trở nhiệt dạng trụ tròn . 66 4.2.1 Biểu đồ thể hiện sự thay đổi nhiệt độ trung bình theo thời gian của điểm giữa, điểm trên và sự thay đổi về áp suất hơi trung bình bên trong của ống nhiệt khi tiến hành thí nghiệm với sự thay đổi nhiệt độ gia nhiệt và tỉ lệ thể tích nước chứa trong ống nhiệt. 66 4.2.2 Biểu đồ thể hiện sự thay đổi nhiệt độ trung bình theo thời gian của điểm đáy, điểm giữa, điểm trên và sự thay đổi về áp suất hơi bên trong của ống nhiệt khi tiến hành thí nghiệm với nhiệt độ gia nhiệt ở phần sôi ống nhiệt ở 210 0C và tỉ lệ thể tích nước chứa trong ống nhiệt 10 %. 71 4.3 Với ống nhiệt theo mô hình 2 (Hình 3.2), sử dụng điện trở nhiệt dạng tròn 74 viii
12. S K L 0 0 2 1 5 4