Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo cấu trúc mới cho mái xe ô tô nhằm mục đích nâng cao hiệu quả ngăn chặn dòng nhiệt không mong muốn vào không gian cabin

Nội dung text: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo cấu trúc mới cho mái xe ô tô nhằm mục đích nâng cao hiệu quả ngăn chặn dòng nhiệt không mong muốn vào không gian cabin

1. NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO CẤU TRÚC MỚI CHO MÁI XE Ô TÔ NHẰM MỤC ĐÍCH NÂNG CAO HIỆU QUẢ NGĂN CHẶN DÒNG NHIỆT KHÔNG MONG MUỐN VÀO KHÔNG GIAN CABIN. Lê Thị Sen, Nguyễn Vũ Lân Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM TÓM TẮT: Dòng nhiệt từ mái của xe cùng với bức xạ mặt trời thông qua các cửa sổ kính rõ ràng đóng góp trong tổng nhiệt của không gian cabin xe. Sự đóng góp là quan trọng hơn đặc biệt khi thời tiết nắng nóng và gió nhẹ. Bài viết này trình bày một thiết kế mới cho kết cấu mái xe để cải thiện tổng kháng nhiệt của nó. Khái niệm chính của nó là để tận dụng tính chất thay đổi giai đoạn của vật liệu, đầu tiên để lưu trữ nhiệt từ bức xạ mặt trời và sau đó nhiệt tản trở lại với môi trường bằng phương tiện của các đối lưu bên ngoài tự nhiên khi chiếc xe được sử dụng hoặc trong chu kỳ hoạt động về đêm. Phân tích thực nghiệm và tính toán đã được thực hiện để so sánh hiệu suất nhiệt của các thiết kế mới và lớp mái thông thường với các màu sắc khác nhau. Một hệ phương trình toán học nói chung đã được đặt cho các quá trình nhiệt qua mái xe. Kết quả cho thấy các thiết kế mới có hiệu quả rõ ràng đã làm giảm dòng nhiệt truyền xuống từ mái xe vào cabin. Như một hệ quả, tải trọng làm mát của không gian cabin thấp hơn đáng kể. Keywords: Cool roof, solar roof, vehicle roof 1. TỔNG QUAN Vật liệu biến đổi pha (Phase Change Material) đã được nghiên cứu gần 40 năm và nó đã được chứng minh là một trong những giải pháp hữu ích trong một số lĩnh vực nghiên cứu, ứng dụng lưu trữ năng lượng nhiệt với những thành công lớn như: thiết bị điện lạnh, tấm pin mặt trời, các hệ thống sàn bức xạ, sưởi ấm và làm mát các công trình xây dựng [1 . Nhiều nhà khoa học và tổ chức quốc tế cũng đầu tư vào nghiên cứu, phát triển và ứng dụng PCM trong lưu trữ năng lượng. Đặc biệt kết quả của công trình Phase Change Materials Based On Polyethylene, Paraffin Wax and Wood Flour của Mfiso Emmanuel Mngomezulu (B.Sc. Hons.) tại Univerrity of the Free State (WAQWA CAMPUS) đã tạo đà cho các ứng dụng của PCM trong xây dựng, lưu trữ năng lượng Các kết quả của nhóm tác giả càng khẳng định tính ưu việt của PCM khi mà thế giới đang hướng tới xu thế phát triển năng lượng bền vững để giảm thiểu hiệu ứng nhà kính và giảm thiểu việc sử dụng nhiên liệu truyền thống đang dần bị cạn kiệt. Trong quá trình nghiên cứu chúng tôi sẽ sử dụng phương pháp thực nghiệm và mô phỏng bằng phần mềm Ansys. Dựa vào các tiêu chuẩn tối ưu và điều kiện ràng buộc để tìm ra kết cấu phù hợp. Chúng tôi sẽ trình bày các kết quả đạt được sau khi tối ưu các kết cấu.
2. 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN 2.1. Giới thiệu chung về vật liệu biến đổi pha (PCM) PCM là chất có khả năng nóng chảy hoặc đông đặc ở một nhiệt độ nhất định và trong quá trình đó thì nó có khả năng hấp thụ, lưu trữ và giải phóng một lượng lớn nhiệt năng. PCM đóng vai trò là bộ phận giữ nhiệt để ổn định nhiệt cho hệ thống sử dụng vật liệu này. Để lưu trữ và giải phóng nhiệt, vật liệu biến đổi pha sử dụng liên kết hóa học và chuyển giao năng lượng xảy ra khi vật liệu thay đổi trạng thái tức là từ trạng thái rắn chuyển qua lỏng hoặc ngược lại từ lỏng trở về trạng thái rắn. 2.2 Cơ sở lý thuyết chọn PCM để lưu nhiệt PCM thực hiện được hai quá trình đó là lưu trữ và giải phóng nhiệt. Tuy nhiên có rất nhiều những yêu cầu khác nhau tùy thuộc vào lĩnh vực ứng dụng PCM. Trong đề tài này vấn đề chọn loại PCM phù hợp để ứng dụng dựa trên các cơ sở sau: . Nhiệt lý . Nhiệt dung riêng . Tính chất hóa học . Tính kinh tế . Ứng dụng Có rất nhiều chất lưu nhiệt khác nhau với các giải nhiệt độ khác nhau. Với giải nhiệt độ từ 300C – 700 C và các tiêu chí đã phân tích ở trên cùng những ưu, nhược điểm của Parafin chúng tôi chọn Parafin C20H42 làm chất lưu nhiệt để nghiên cứu và ứng dụng làm thí nghiệm trong đề tài này. 2.3 Phương trình truyền nhiệt của PCM Trong lưu trữ nhiệt lý (Sensible Heat Storage), năng lượng nhiệt được lưu trữ bằng sự gia tăng nhiệt độ của một vật rắn hoặc chất lỏng trong quá trình nạp và giảm dần nhiệt độ của các đối tượng trong quá trình xả [10 . Các yếu tố quan trọng của quá trình này là nhiệt dung riêng của môi trường, sự thay đổi nhiệt độ và khối lượng vật liệu lưu trữ. Phương trình nhiệt của quá trình này là: T f Q mCpdT (1) T io Q = mC (T – T ) (2) p f i (khi Cp không thay đổi theo nhiệt độ) o o Trong đó: Ti là nhiệt độ ban đầu [ C], Tf là nhiệt độ cuối cùng [ C], Cp là nhiệt dung riêng [J/kgK], m là khối lượng của vật liệu lưu trữ [kg], Q là năng lượng nhiệt [J]. Lưu trữ nhiệt ẩn (Latent Heat Storage) được dựa trên sự hấp thu nhiệt hoặc tản nhiệt khi vật liệu chuyển pha trải qua một giai đoạn thay đổi, tức là từ trạng thái rắn chuyển qua lỏng, chất lỏng sang khí hoặc ngược lại [8 . Nhiệt ẩn trên một đơn vị khối lượng càng cao thì càng tốt để giảm thiểu sự giãn nở nhiệt của lớp chứa PCM.
3. Dung lượng lưu trữ nhiệt ẩn của hệ thống với một lượng PCM trung bình được cho bởi phương trình: T Tm f Q mCpdT mf hm mCpdT (3) Tio Tm Q = m( Cpr (Tm - To) + fΔhm + Cpl( Tf - Tm )) (4) (khi Cpr và Cpl không thay đổi theo nhiệt độ) 0 Trong đó: Tm là nhiệt độ nóng chảy [ C], f là phần nóng chảy [không thứ nguyên], Δhm là nhiệt của phản ứng tổng hợp trên một đơn vị khối lượng [J/kg], Cpr là nhiệt dung riêng trong pha rắn [J/KgK], Cpl là nhiệt dung riêng trong giai đoạn lỏng [J/KgK]. 2.4 Kết cấu lớp mái xe ô tô Kết cấu lớp mái xe thông thường của một chiếc xe hiện đại bao gồm: + Lớp mái bằng thép + Lớp cách điện + Lớp giấy carton + Lớp vải len Mô hình mái xe hiện đại trong thiết kế được thể hiện dưới dạng mặt cắt như minh họa trong hình 2.1 Lớp mái bằng thép Lớp cách điện Lớp giấy carton Lớp vải len Hình 2.1: Hình ảnh kết cấu của mái xe thông thường
4. Lớp mái bằng thép Lớp cách điện Lớp PCM Lớp vải len Hình 2.2: Hình ảnh kết cấu mới của mái xe 3. Trang thiết bị thí nghiệm Hệ thống mô phỏng bức xạ năng lượng mặt trời được xây dựng bởi thí nghiệm bức xạ điện liên tục vào bề mặt mái xe. Bao gồm: + Cặp nhiệt điện (thermocouple). (Hình 3.1) + Đèn halogen công suất điện 500W / 110V. (Hình 3.2) + Bộ chuyển đổi tín hiệu ADAM. (Hình 3.3) + Các mô hình khác nhau của mái xe với quy mô nhỏ. Ánh sáng Đèn halogen Nguồn điện Công tắc Giao diện Cặp nhiệt điện ADA M Cảm biến tín hiệu Máy tính Hình 3.1: Sơ đồ thiết lập thí nghiệm 3.1. Chuẩn bị mô hình thí nghiệm Để chắc chắn rằng, trong điều kiện thí nghiệm như nhau, các mô hình mới có khả năng chịu nhiệt tốt hơn so với các mô hình khác có sẵn trên thị trường. Các mô hình được sử dụng để thử nghiệm bao gồm: một mô hình bình thường mà chính xác là mái xe bình thường, hai mô hình với kết cấu mới bên trong đó có một lớp PCM là Parafin C20H42 ( 2,5kg) được chèn vào.
5. Đèn Lớp mái Phòng kín Hình 3.2: Hệ thống thí nghiệm Hệ thống thí nghiệm được trình bày như hình 3.2. Trước khi gia nhiệt, nhiệt độ phòng được giữ ở mức 250C, sau đó chiếu sáng liên tục trong thời gian 4 giờ bằng đèn halogen công suất điện 500W/110V rồi tắt đèn trong 4 giờ tiếp theo cho giai đoạn làm mát. Cứ sau thời gian 60 phút, cặp nhiệt điện sẽ được ghi nhận giá trị. Quá trình được thực hiện 8 lần cho một mô hình trong quá trính thí nghiệm. Giới hạn của đề tài là hệ thống thí nghiệm trong phòng kín và không có gió để ổn định cường độ bức xạ cũng như sự bức xạ nhiệt tự nhiên và sự tỏa nhiệt tự nhiên. 3.2 Mô hình toán học Đối lưu và bức xạ từ bề mặt mái xe đến môi trường không khí xung quanh được xem xét trong phản ứng nhiệt phân tích các mô hình kết cấu mái xe có lớp PCM và không có lớp PCM. Các lớp kim loại bề mặt, lớp cách điện, lớp vải len được cho là có các thông số nhiệt không đổi và tiếp xúc nhiệt tốt, có nghĩa là các kháng nhiệt trên bề mặt là không. Do độ dày rất nhỏ của các lớp kim loại (0,5mm), lớp PCM (trong trường hợp mô hình PCM được sử dụng) (7mm) và lớp cách điện (4mm), thất thoát nhiệt theo phương ngang là không đáng kể và bức xạ nhiệt được xem là phân bố đều trên bề mặt lớp mái xe. Như vậy, một mô hình truyền nhiệt 1D có thể được sử dụng ở đây. Theo đó, phương trình (1) đến (2) được sử dụng để tạo các mô hình toán học của quá trình truyền nhiệt trong các lớp không có nguồn nhiệt bên trong. Bề mặt ngoài của các mô hình mái xe mô phỏng chịu ảnh hưởng của bức xạ mặt trời: + Qdl đối lưu bên ngoài + Bề mặt môi trường xung quanh bức xạ qbx.
6. Phương trình (1) là phương trình vi phân từng phần chi phối (PDE) tại bề mặt này. Đối với các lớp rắn và chất cách điện (s), chỉ dẫn nhiệt được coi như thể hiện trong biểu thức (2) [10-12], T k 1 Q q h(T T ) (1) x x 0 dl bx 1 a T(x, ) 2T(x, ) C K (2) p x2 Trong đó, x và τ là không gian và thời gian tọa độ, tương ứng; chỉ số i cho lớp thứ i; Ti là nhiệt độ của lớp thứ i; ρi, Ci, ki lần lượt là mật độ, nhiệt dung riêng và độ dẫn nhiệt của vật liệu lớp thứ i tương ứng. 3.2.1 Hệ số truyền nhiệt đối lưu của các bề mặt bên ngoài mái xe Giá trị của hệ số truyền nhiệt đối lưu của bề mặt lớp mái có thể được tính toán chính xác hơn trong quá trình mô phỏng số, điều này là cần thiết để ước tính giá trị trung bình xấp xỉ của hệ số truyền nhiệt và do đó tốc độ đối lưu bên ngoài của lớp mái trong các thí nghiệm được đánh giá. Khi bên ngoài không có gió, theo G.N. Tiwari [13], hệ số truyền nhiệt đối lưu bên ngoài bề mặt mái xe có một giá trị xấp xỉ được xác định từ biểu thức (3) và (4). Với kích thước đặc trưng X = (Lo + Bo)/2 = 600 mm, điều này cho phép hệ số truyền 2 0 nhiệt hex trung bình khoảng 6,7351 W/m K trong phạm vi nhiệt độ 25 – 95 C (nhiệt độ trung bình của môi trường xung quanh 250C). g 2 X 3 T (3) Gr Pr 2 Pr d K h 0,14 (G P )1/ 3 (4) ex1 X r r Khi bên ngoài có gió, các giá trị thực nghiệm của hệ số truyền nhiệt đối lưu bên ngoài được xác định như trong phương trình (5) [14]. Tại khoảng nhiệt độ từ 25 – 950C, nhiệt độ trung bình của môi trường xung quanh 25 0C. 8,053 x v0,605 nếu v > 2(m/s) (5) hex2 = 12,294 x v0,605 nếu v < 2(m/s) Trong đó v là vận tốc gió bên ngoài (m /s).
7. 3.2.2 Hệ số truyền nhiệt bức xạ của bề mặt bên ngoài lớp mái Tỷ lệ bức xạ (qbx) được cho bởi phương trình (6) và hệ số truyền nhiệt bức xạ được cho bởi phương trình (7). 4 4 qbx = ( T 1 – T s) (6) 2 2 hex = ( T s + T 1)( Ts + T1) (7) Trong đó là độ phát xạ bề mặt, là hằng số Stefan-Boltzmann, và Ts là nhiệt độ trên bầu trời xấp xỉ bằng (Ta - 12). [15] 3.2.3 Tính chất nhiệt của lớp PCM Sự tan chảy và quá trình đông đặc của PCM được đặc trưng bởi sự biến đổi của các giá trị nhiệt dung riêng của PCM trong đó bao gồm cả sự thay đổi của nhiệt ẩn. Ở đây, hiệu quả công suất nhiệt của mô hình được sử dụng [16]. Phương trình truyền nhiệt trong các lớp PCM được hiển thị như phương trình (8), trong đó KPCM là hệ số dẫn nhiệt tương đương và CpPCM là nhiệt dung riêng, hiệu quả của PCM là hàm của nhiệt độ tiết điểm. Phương trình (9) cho thấy các chức năng của KPCM [W/(m.K)] dựa trên độ dẫn nhiệt của PCM ở trạng thái rắn và lỏng tương ứng. CpPCM [kJ/(kg.K)] có thể được biến đổi theo từng bước như trong phương trình (10). Điều quan trọng là phải chú ý rằng các giả định sau đây đã được sử dụng: + Mật độ của PCM là hằng số trong cả hai giai đoạn. + Không có sự thay đổi khối lượng trong giai đoạn chuyển tiếp. + Dẫn nhiệt và nhiệt dung riêng là không đổi trong pha rắn và pha lỏng. Các tác dụng không đáng kể đối lưu bên trong lớp mỏng PCM lỏng trong các lớp được bỏ qua do độ dày của nó nhỏ (ít hơn 10mm). Các phương trình năng lượng trong khi diễn ra quá trình chuyển pha rắn-lỏng được đưa ra bởi Stefan là: dx(t) Tr Tl C p Kr Kl (8) dt t t Kr-PCM T < Tc-min Kl PCM Kr PCM K r PCM T T T KPCM = c-min c-max (9) Tc max Tc min Kr-PCM Tc-max < T
8. Cpr-PCM T Tc) và cao hơn cả nhiệt độ môi trường xung quanh Ta (T1> Ta) lúc này nhiệt sẽ được truyền từ bề mặt lớp ngoài cùng qua lớp PCM để xuống bề mặt đáy. Điều này dẫn đến sự tan chảy của PCM. Khi không có bức xạ mặt trời trên bề mặt mái xe, các bề mặt sẽ được làm lạnh xuống nhanh nhất và nhiệt từ bên trong không gian và lớp PCM sẽ được phát trở ra ngoài môi trường. Đối với mô hình kết cấu lớp mái xe không chứa PCM từ phương trình (1) đến (7) được áp dụng nhưng đối với mô hình kết cấu lớp mái xe có chứa PCM từ phương
9. trình (1) đến (10) được áp dụng. Mô phỏng đã được thực hiện bởi phần mềm ANSYS với giá trị bước thời gian thay đổi để khảo sát hệ thống. Xét rằng không khí bên trong không gian cabin là hoàn toàn cách ly với môi trường bên ngoài trong toàn bộ quá trình thí nghiệm, như vậy lượng nhiệt được vào cabin thông qua mô hình mái xe được đại diện bởi nhiệt độ trong cabin. Rõ ràng, với mong muốn không gian trong cabin có nhiệt độ là 250C thì năng lượng cần thiết cho điều hòa không khí trong cabin sẽ được giảm thiểu nếu sự khác biệt giữa nhiệt độ trong cabin và bên ngoài là càng ít càng tốt, khi đó giá trị chi phí sẽ thấp. Phương trình (11) và phương trình (12) cho thấy phần trăm tiết kiệm năng lượng ζ (%) của nhiệt độ trong cabin tăng lên khi sử dụng mô hình bình thường En (Enormal) so với các mô hình mới có vật liệu biến đổi pha EPCM. tstop mair.C pair.(Ti PCM Ti d )dt EPCM t 0 t E stop n m .C .(T T )dt air pair i n i d t 0 (Ti PCM k Ti d ) t k (11) (Ti n j Ti d ) t j E (%) 1 PCM (12) En Trong đó: Ti-d ( Ti- desired) - nhiệt độ mong muốn được duy trì bên trong cabin. Ti-PCM-k - nhiệt độ trong cabin khi sử dụng kết cấu lớp mái xe có PCM. Ti-n-j (Ti-normal-j) - nhiệt độ trong cabin khi sử dụng mái xe bình thường. Bước thu thập dữ liệu Δt. 4. Kết quả 4. 1.Kết quả mô phỏng Quá trình gia nhiệt với 4 đèn halogen công suất 500W/110V trong thời gian 4 giờ với các mô hình được mô phỏng bằng phần mềm ANSYS thu được các kết quả như sau:
10. Hình 4.1: Kết quả nhiệt độ trên lớp mái xe thông thường Hình 4.1: Phân bố nhiệt độ trên lớp mái xe thông thường Hình 4.2: Kết quả nhiệt độ và của lớp PCM trong kết cấu 1 Hình 4.2: Phân bố nhiệt độ của lớp mái xe trong kết cấu 1 Hình 4.3: Kết quả nhiệt độ của lớp PCM trong kết cấu 2 Hình 4.3: Phân bố nhiệt độ của lớp mái xe trong kết cấu 2
11. Thông qua quá trình mô phỏng kết quả nhiệt độ được tổng quát trong bảng 4.2 0 0 Màu sắc PCM T1max( C) T2max( C) Xám Không 111,77 80,30 Xám 1 Có 108,36 65,25 Xám 2 Có 109,68 67,69 Như vậy qua kết quả mô phỏng chúng ta sẽ chọn mô hình số 1 để tiến hành thí nghiệm. 4.2. Kết quả thí nghiệm Kết quả thí nghiệm đo trong thời gian tám giờ đã được ghi lại để phân tích các mô hình của mái xe trong nghiên cứu này. Các thông tin dữ liệu thí nghiệm bao gồm: + Khoảng thời gian kể từ khi nhiệt độ bắt đầu tăng lên trong vài giây, từng giai đoạn là 20 giây. + Nhiệt độ tức thời trên tất cả các điểm thực nghiệm vào cuối mỗi giai đoạn. Hình 4.4 biểu đồ so sánh cho thấy sự thay đổi của nhiệt độ theo thời gian cho mô hình có và không có PCM trong kết cấu lớp mái xe, mặt dưới và không khí trong cabin xe, tương ứng điều kiện không có gió bên ngoài (hình ảnh xe đang đậu dưới trời nắng). 120 100 80 C) o ( 60 40 Temperature 20 0 1:00 0:00 0:30 1:30 2:00 2:30 3:00 3:30 4:00 4:30 5:00 5:30 6:00 6:30 7:00 7:30 8:00 Time (hours) Hình 4.4: Biểu đồ đáp ứng nhiệt độ của mô hình có / không có PCM (không có gió bên ngoài)
12. Khi xe lưu thông, luôn luôn có gió với vận tốc bất kỳ nào đấy, trong nghiên cứu này ta xét gió thổi theo phương ngang trên bề mặt mái xe tương tự như hình ảnh xe đang chuyển động trên đường (chẳng hạn sử dụng quạt gió với vận tốc 5m/s). Các ảnh hưởng bên ngoài trong ngày bầu trời có nắng và gió nhẹ (vận tốc gió trung bình khoảng 5m/s bằng vận tốc xe đang di chuyển 20km/giờ) được thể hiện trên biểu đồ đáp ứng nhiệt độ của mô hình trong hình 4.5. 80 70 60 C) 50 o ( 40 30 20 Temperature 10 0 0:00 0:30 1:00 1:30 2:00 2:30 3:00 3:30 4:00 4:30 5:00 5:30 6:00 6:30 7:00 7:30 8:00 Time (hours) Hình 4.5: Đáp ứng nhiệt độ của mô hình có / không có PCM ( có gió bên ngoài) 4.3 So sánh kết quả mô phỏng và thực nghiệm Bảng 4.1: So sánh kết quả thí nghiệm 0 0 0 Màu sắc Gió bên ngoài PCM T1( C) T2( C) Ti( C) (%) Xám Không Không 106,2 74,9 54 40,04 Xám Không Có 108,7 60,6 44,5 Xám Có Không 75,1 45,9 38,6 40,06 Xám Có Có 73,3 32,9 30,8
13. 4.4. Kết quả tính toán và phân tích Căn cứ vào phương trình và giá trị thu được trong phần 3, mô phỏng mô hình đã được thực hiện bởi phần mềm ANSYS. 4.4.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường xung quanh Khi nhiệt độ môi trường xung quanh tăng lên, nhiệt thoát từ các mái xe ra bầu không khí xung quanh là rất ít. Theo đó, các dòng nhiệt đi xuống vào không gian cabin trở nên mạnh hơn. Bên cạnh đó, khi nhiệt độ môi trường xung quanh cao hơn nhiệt nóng chảy của PCM, không khí xung quanh đóng góp nhiệt vào cabin trong suốt thời gian làm mát. Trong trường hợp này, sức nóng được lưu trữ trong PCM sẽ không thể được phát ra trở lại với không khí bên ngoài. Vì lý do này, nhiệt độ nóng chảy của PCM nên được lựa chọn tùy thuộc vào nhiệt độ thời tiết của vùng / miền. Bảng 4.5 cho thấy sự biến động của tỷ lệ tiết kiệm năng lượng theo sự thay đổi của nhiệt độ môi trường xung quanh. Các mô phỏng ở đây được tính toán với PCM không có gió bên ngoài và tất cả các thông số nhiệt khác được giữ nguyên. Bảng 4.2: Ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường xung quanh Màu sắc Gió bên ngoài PCM Nhiệt độ môi trường (0C) (%) Xám Không Có 25* 40,03 Xám Không Có 35 38,13 Xám Không Có 45 32,04 ( * điều kiện thí nghiệm) 4.4.2 Ảnh hưởng của gió bên ngoài Gió bên ngoài đóng góp tích cực cho hiệu suất nhiệt của các thiết kế mới (Bảng 4.3). Đó là bởi vì khi bên ngoài có gió thổi, đối lưu cưỡng bức diễn ra mạnh hơn trên bề mặt của lớp mái. Điều này dẫn đến dòng chảy thấp hơn nhiều làm giảm nhiệt trong thời gian gia nhiệt và mất nhiệt nhiều từ các mái xe trong quá trình làm mát trong không khí môi trường xung quanh. Theo đó, không gian bên trong cabin sẽ nhận được ít nhiệt hơn trong toàn chu kỳ làm mát, như vậy có thể tiết kiệm được năng lượng khá cao. Các mô phỏng ở đây được tính toán với PCM với vận tốc gió bên ngoài khác nhau trong khi tất cả các thông số nhiệt khác được giữ nguyên. Bảng 4.3: Ảnh hưởng cuả tốc độ gió Vận tốc Vận tốc Màu sắc Gió bên ngoài PCM (%) (m/s) (km/h) Xám Có Có 5* 18 40,06 Xám Có Có 10 36 70,71 Xám Có Có 15 54 88,90 ( * điều kiện thí nghiệm)
14. 4.4.3Ảnh hưởng của nhiệt độ nóng chảy của PCM Để ước tính tác động của nhiệt độ nóng chảy của PCM về hiệu suất nhiệt của các kết cấu mới, ba giá trị nhiệt độ nóng chảy khác nhau đã được giả định cho PCM sử dụng, đó là 300C, 390C và 500C tương ứng. Các mô phỏng được tính với giả định không có gió bên ngoài và tất cả các thông số nhiệt khác được giữ nguyên. Kết quả (Bảng 4.7) cho thấy nhiệt độ nóng chảy thấp hơn , các quá trình nóng chảy ngắn hơn. Bảng 4.7: Ảnh hưởng cuả nhiệt độ nóng chảy Nhiệt độ nóng Điểm nóng Màu sắc Gió bên ngoài PCM chảy chảy (%) (C0) (C0) Xám Không Có 30 31 46,56 Xám Không Có 39* 40 40,03 Xám Không Có 50 47 32,04 ( * điều kiện thí nghiệm) 4.4.4 Ảnh hưởng của nhiệt dung tiềm ẩn của PCM Bảng 4.8 cho thấy tác dụng của nhiệt dung tiềm ẩn của PCM được sử dụng. Rõ ràng là cao hơn giá trị của suất nhiệt ẩn của PCM, sức nóng hơn có thể bị ngăn cản và khoảng thời gian nóng chảy dài hơn. Kết quả là thiết kế có PCM trong mô hình lớp mái xe mới để duy trì cùng một thời gian tan chảy sẽ ít hơn nhiều cho các điều kiện thời tiết. Bên cạnh đó, khả năng tiết kiệm năng lượng cao hơn trong trường hợp nhiệt năng ẩn của PCM cao. Các mô phỏng ở đây được tính toán với giả định không có gió bên ngoài và tất cả các thông số nhiệt khác được giữ cùng với PCM. Bảng 4.8: Ảnh hưởng bởi nhiệt ẩn của PCM Nhiệt ẩn Thời gian Màu sắc Gió bên ngoài PCM (%) (kJ/kg) nóng chảy Xám Không Có 60 23 21.13 Xám Không Có 88* 40 40.03 Xám Không Có 120 66 62.04 ( * điều kiện thí nghiệm) Kết quả thu được trong quá trình mô phỏng và thí nghiệm ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, trong đó 4 yếu tố cơ bản: ảnh hưởng bởi nhiệt dung tiềm ẩn của PCM, ảnh hưởng bởi nhiệt độ nóng chảy, ảnh hưởng cùa gió, ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường xung quanh đã được thực hiện và cho thấy hiệu quả thực sự mà vật liệu chuyển pha mang lại trong kết cấu mới của mái xe.
15. RESEARCH, DESIGN, MANUFACTURE NEW STRUCTURE TO ROOF CAR IS FOR IMPROVING EFFICIENCY HEAT STOP CURRENT ADVERSE CABIN IN SPACE. Le Thi Sen, Nguyen Vu Lan HCMC University of Technology and Education Abstract. Heat flow from the roof together with radiation through glass windows obviously contributes in the total heat gained of a vehicle cabin. The contribution is more significant especially hot and sunny weather with little wind. This paper presents a new design for vehicle roofing structure in order to improve its total thermal resistance. Its main concept is to utilize phase change material properties to first trap the heat from solar radiation and then release it back to the environment by means of the naturally favored external convection when the vehicle is in use or during the nocturnal cycle. Experimental and numerical analyses have been conducted to compare the thermal performance of the new design and the normal roofing with different colors. A general mathematic equation system has been derived for the thermal process through the roof. The results show that the new design could effectively reduce the downward heat flow from the roof into the cabin. As a consequence, the cooling load of the cabin could be significantly lower.
16. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] H. Suehrcke, E.L. Peterson and N. Selby, sudbmitted to Journal of Energy and Buildings (2008). [2] Information on [3] Information on [4] Information on energy-solarsystem/ [5] J. Han, L. Lu and H.X. Yang, submitted to Journal of Applied Thermal Engineering (2009). [6] A. Sharma, V.V. Tyagi, C.R. Chen and D. Buddhi, submitted to Journal of Renewable and Sustainable Energy Reviews (2009). [7] B. Frank: Phase change material for space heating and cooling, Sustainable Energy Center: University of South Australia (2002). [8] A. Athienities and Y. Chen, submitted to Journal of Solar Energy (2000). [9] K.P. Lin, Y.P. Zhang, X. Xu, H.F. Di, R. Yang and P.H. Qin, submitted to Journal of Buildings and Environment (2004). [10] K. Nagano, T. Mochida, K. Iwata, H. Hiroyoshi, R. Domanski and M. Rebow, in: Benner M, Hahne EWP, editors, 8th International Conference on Thermal Energy Storage (2000). [11] Information on [12] David E. Stier, U.S. Patent number: 6286754. (2001). [13] G.N. Tiwari, in: Solar Energy - Fundamentals, Model, Modelling and Applications, Narosa Publishing House, Inida (2002). [14] N. Ito, K. Kimura and J. Oka: ASHRAE Transactions (1972). [15) H.P. Garg, in: Treatise on solar energy, Fundamentals of Solar Energy, Vol. 1., Chapter 3, Chichester: Wiley Publisher (1982). [16] C. Chen, H.F. Guo, Y.N. Liu, H.L. Yue and C.D. Wang: submitted to Journal of Energy and Buildings (2008).
17. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.