Xây dựng phầm mềm xác định các đặc tính nhiệt kỹ thuật khi tính toán thiết kế máy lạnh hấp thụ NH3-H2O

Nội dung text: Xây dựng phầm mềm xác định các đặc tính nhiệt kỹ thuật khi tính toán thiết kế máy lạnh hấp thụ NH3-H2O

1. XÂY DỰNG PHẦM MỀM XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TÍNH NHIỆT KỸ THUẬT KHI TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY LẠNH HẤP THỤ NH3-H2O THE PROGRAM DESCRIBING THE THERMODYNAMIC AND HEAT TRANSFER PROCESSES IN NH3-H2O ABSORPTION CHILLER Hoàng An Quốc – Trần Thị Ngọc Liên Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM TÓM TẮT Bài báo trình bày tóm lược cơ sở lý thuyết tính toán máy lạnh hấp thụ (MLHT) NH3 – H2O và mô tả toán học các quá trình diễn ra trong hệ thống lạnh hấp thụ NH3 – H2O. Trên cơ sở đó xây dựng phần mềm tính toán máy lạnh hấp thụ bằng ngôn ngữ Matlab. Phần mềm đã được kiểm nghiệm và có độ chính xác, độ tin cậy cao, có thể dùng để tính toán thiết kế và lựa chọn phương án tối ưu khi thiết kế lắp đặt, đồng thời nó cũng có thể làm tài liệu học tập, nghiên cứu cho sinh viên các ngành nhiệt điện lạnh. ABSTRACT This paper presents a summary of the theoretical basis to calculate the NH3 - H2O absorption chiller and mathematical description of the processes taking place in the NH3 - H2O absorption chiller. On this basis, the program describing the thermodynamic and heat transfer processes in absroption chiller has been desighed to do computational experiments corresponding to this diagrams. The software has been tested and the result shows that it has high reliability, it can be used to calculate the design and selection of the optimal design and installation, and it can also use as learning materials, study for students in heat and refrigeration engineering. 1. Giới thiệu Trong thời đại công nghiệp hóa và hiện Trên thị trường thế giới hiện nay có 2 đại hóa, nhu cầu về làm lạnh và điều hòa loại máy lạnh hấp thụ: (i) máy lạnh hấp không khí ngày càng tăng cao, việc sử thụ H2O-LiBr dùng trong kỹ thuật điều dụng các loại máy lạnh máy nén hơi hòa không khí và (ii) máy lạnh hấp thụ dùng môi chất Freon như hiện nay sẽ NH3-H2O sử dụng trong kỹ thuật làm gây ra các ảnh hưởng xấu đến môi lạnh nhiệt độ thấp. trường. Máy lạnh hấp thụ có thể thay thế Tuy nhiên, cho đến hiện nay các tài cho máy lạnh máy nén hơi để giảm các liệu về tính toán thiết kế MLHT còn nhược điểm trên, do máy lạnh hấp thụ hiếm và hầu hết là sử dụng phương pháp sử dụng năng lượng là nhiệt năng và sử tra bảng và đồ thị để tính toán thiết kế, dụng môi chất lạnh là chất không gây ô do đó mất rất nhiều thời gian và công nhiểm môi trường. sức.Chính vì vậy việc nghiên cứu xây
2. dựng phần mềm tính toán thiết kế máy 3. Cơ sở lý thuyết tính toán lạnh hấp thụ NH3 – H2O là rất cần thiết. Các công thức xác định các thông số nhiệt động của dung dịch và môi chất 2. Đối tượng nghiên cứu: lạnh trong phần này được trích dẫn từ tài Để xây dựng phần mềm tính toán liệu [1] cụ thể như sau: . MLHT NH3 – H2O, trước tiên cần phải a). Nhiệt độ sôi nghiên cứu về lý thuyết chu trình máy Xác định nhiệt độ sôi T (0K) của dung lạnh hấp thụ amoniăc – nước để từ đó dịch NH3-H2O ở nồng độ c và áp suất p lựa chọn, thiết kế chu trình thực. Đồng (bar) [1] : a thời nghiên cứu cơ sở lý thuyết tính toán T để xác định các đặc tính nhiệt kỹ thuật log p 0,00847711 b của MLHT NH3 – H2O. Trên cơ sở đó, trong đó : ứng dụng Matlab vào việc viết phần a = – 2103,5 + 4669,96.c – 20228,3.c2 + mềm tính toán chu trình thực của 56507.c3 – 80989,9.c4 + 55286,5.c5 – MLHT. 14361,4.c6 Có rất nhiều sơ đồ máy lạnh hấp thụ b = 5,65208 – 7,0317.c + 37,9018.c2 – 3 4 5 NH3-H2O, trong nghiên cứu này chúng 102,912.c + 135,789.c – 82,7106.c + tôi tập trung giới thiệu sơ đồ MLHT 18,4113.c6 NH3-H2O một cấp hồi nhiệt. Sơ đồ b). Entanpi MLHT NH3-H2O một cấp hồi nhiệt Entanpi của dung dịch lỏng [1]: được trình bày trên hình 1. i' c.i (1 c).i q NH H O t 3 2 Entanpi của hơi bay ra từ dung dịch lỏng khi sôi : i'' c .i (1 c ).i ; Với: v vNH v vH O 3 2 i = – 1058,43 + 3,02148.T + NH 3 0,312072.10-2.T2+0,155360.p– 0,123079.10-4.p2 – 0,129460.10-5.p.T2 i = – 1039,5+3,56393.T + H O 2 0,919594.10-3.T2+0,1243765.p– -5 2 -6 2 0,222979.10 .p –0,356960.10 .p.T qt = – 839,87.(1 – 0,071.c ).[(1 – c).c + (1 – c2).c2] i = 770,761 + 1,86947.T + Hình 1 Sơ đồ MLHT NH3 - H2O một vNH 3 cấp hồi nhiệt 0,578293.10-4.T2 + 0,731509. 10-6.T3+ 8,98074.p – 4580,15.p / T
3. i = 1993,19 + 1,88878.T – d). Năng suất nhiệt cấp cho bình phát vH O 2 sinh QG -3 2 -6 3 0,205512.10 .T + 0,367295. 10 .T + Phương trình cân bằng nhiệt của bình 10,6342.p – 7648,34.p / T phát sinh Trong đó : QG = QR + m2 . i2 + m5 . i5 – m1a . i1a T – nhiệt độ của dung dịch lỏng hoặc = QR + (f-1) . i2 + i5 – f . i1a , kJ/kg 0 của hơi, K Trong đó: p – áp suất của dung dịch lỏng hoặc f – bội số tuần hoàn của hơi, bar i - entanpy i' và i" lần lượt là entanpi của dung dịch lỏng (ở nồng độ c, nhiệt độ T và áp suất p) và entanpi của hơi bay ra từ dung dịch đó khi sôi , kJ/kg . i , i – entanpi của NH lỏng NH vNH 3 3 3 và NH3 hơi ứng với nhiệt độ T và áp suất p , kJ/kg . i , – entanpi của NH nước H O 3 e). Năng suất nhả nhiệt của bình ngưng 2 tụ Q và hơi nước ứng với nhiệt độ T và áp C suất p , kJ/kg . qt – nhiệt lượng hòa trộn, kJ/kg. cv – nồng độ của hơi bay ra từ dung dịch NH3-H2O đang sôi. c). Nồng độ của hơi Công thức xác định nồng độ của hơi bay Phương trình cân bằng nhiệt của bình ra từ dung dịch lỏng sôi ở nồng độ c, áp ngưng suất p (bar) và nhiệt độ T (0K) [1] : QC = m5 . i5 – m6 . i6 b d = i5 – i6 kJ/kg c 1 1 c .e T trong đó : v ; f). Năng suất lạnh QE b = – 6571,06 + 39,9544.T – 0,243781.10-2.T3 – 22,7722.p – 0,4979.10-7.p2 + 8286,02.p / T + 0,172363.10-1.p.T + 0,77344.10-6.p.T2 – 3,62962.T.ln T – T.ln p d = – 1467.c2.(1,25.c3 – 5,58.c2 + 5,96.c – 0,42) + (17,3.c3 – 13,8.c4).T Phương trình cân bằng nhiệt của bình bay hơi
4. QE = m. (i8 – i7) phần mềm Matlab R2008a theo lưu đồ = i8 – i7 kJ/kg thuật toán sau: g). Năng suất nhả nhiệt của bình hấp thụ QA Phương trình cân bằng nhiệt của bình hấp thụ QA = m3 . i3 + m8 . i8 – m4 . i4 5. Kết quả và bàn luận = (f-1) . i3 +i8 – f . i4 , kJ/kg h). Năng suất nhiệt của thiết bị trao đổi Trên cơ sở nghiên cứu, tính toán ở tài liệu [2] và các vấn đề được trình bày ở nhiệt QHE trên, chúng tôi đã xây dựng phần mềm tính toán MLHT NH3 – H2O trong môi trường Matlab R2008a. Phần mềm này giúp cho các nhà thiết kế, sản xuất, vận hành có thể lựa chọn được phương án kỹ thuật một cách hiệu quả. Với mục đích minh họa, chúng tôi xin được giới thiệu một số giao diện của Phương trình cân bằng nhiệt của phần mềm tính toán MLHT NH3 – H2O TBTĐN một cấp hồi nhiệt như hình 2, 3 và 4. QHE = (f – 1)i2 + f. i4 – f. i1a – (f-1)i3 = (f – 1 )( i2 – i3 ). i). Năng suất nhiệt bộ ngưng tụ hồi lưu Phương trình cân bằng nhiệt tại bộ ngưng tụ hồi lưu (1 + R).i1’’ = 1.i5 + R.i1’ + QR Hay: QR = i1’’ – i5 + R.( i1’’ – i1’ ) 4. Sơ đồ lưu chuyển của chương trình. Trên cơ sở lý thuyết ở trên, đã xây dựng chương trình tính toán dựa trên Hình 2. Giao diện chính
5. tính toán và so sánh kết quả với việc tính bằng phương pháp tra bảng, đồ thị và kết quả tính toán bằng phần mềm của các tác giả khác. Các kết quả so sánh được trình bày cụ thể trong tài liệu [2]. Chúng tôi nhận thấy kết quả tính toán bằng phần mềm rất phù hợp so với các kết quả được lấy làm đối chứng. 6. Kết luận Phần mềm này có khả năng giúp người sử dụng tính toán một cách nhanh Hình 3. Giao diện kết quả chóng các bài toán có liên quan đến MLHT NH3 – H2O. Việc sử dụng phần mềm với các thông số có thể thay đổi được, từ đó có thể xây dựng được các mối quan hệ ảnh hưởng đến chế độ làm việc của chu trình, giúp cho các nhà thiết kế, sản xuất, vận hành có thể lựa chọn được phương án kỹ thuật một cách hiệu quả. Hình 4. Giao diện chương trình chính Để kiểm chứng độ tin cậy của phần mềm, chúng tôi đã làm nhiều thí nghiệm TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Lê Chí Hiệp – Máy lạnh hấp thụ trong kỹ thuật điều hòa không khí – NXB Đại Học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh, 2004, 520 trang [2]. Trần Thị Ngọc Liên - Ứng dụng Matlab trong việc xây dựng phần mềm tính toán MLHT NH3- H2O một cấp hồi nhiệt – Luận văn thạc sỹ - ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM 2013. [3]. Trần Ngọc Hợp - Nghiên cứu thiết kế máy lạnh hấp thụ Amoniac-H2O tận dụng nhiệt thải từ động cơ đốt trong và đánh giá khả năng ứng dụng tại Việt Nam – Luận văn thạc sĩ – Đại học Bách khoa tp.HCM 2005. [4]. P.L. Ballaney, Refrigeration and Air conditioning, India.
6. 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.