CẢI TIẾN hệ THỐNG LÀM MÁT TRÊN XE YAMAHA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CẢI TIẾN HỆ THỐNG LÀM MÁT TRÊN XE YAMAHA
EXCITER

SVTH :
MSSV :
SVTH :
MSSV :

Khố :
Ngành : CƠNG NGHỆ KĨ TḤT Ơ TƠ
GVHD:
Tp Hồ Chí Minh, tháng xxx năm 2021


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CẢI TIẾN HỆ THỐNG LÀM MÁT TRÊN XE YAMAHA
EXCITER

SVTH :
MSSV :
SVTH :
MSSV :

Khố : 2017
Ngành : CƠNG NGHỆ KĨ TḤT Ơ TƠ
GVHD:
Tp Hồ Chí Minh, tháng x năm 2021
I


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
----***----

Tp. Hồ Chí Minh, ngày--- tháng--- năm 2021

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên:
Ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô

MSSV:
MSSV:
Lớp:

Giảng viên hướng dẫn:
Ngày nhận đề tài:

ĐT:
Ngày nộp đề tài:

1. Tên đề tài:

2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:

3. Nội dung thực hiện đề tài:

4. Sản phẩm:
TRƯỞNG NGÀNH

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

II


CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

*******
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Họ và tên Sinh viên: ........................................................... MSSV: ......................................
Ngành: ....................................................................................................................................
Tên đề tài: ..............................................................................................................................
................................................................................................................................................
Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: ...........................................................................................
................................................................................................................................................
NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
2. Ưu điểm:

.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
3. Khuyết điểm:
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
4. Đề nghị cho bảo vệ hay khơng?
.................................................................................................................................................
5. Đánh giá loại:
.................................................................................................................................................
6. Điểm:……………….(Bằng chữ: ......................................................................................)
.................................................................................................................................................
Tp. Hồ Chí Minh, ngày
tháng năm 2021
Giáo viên hướng dẫn

III


CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

*******
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Họ và tên Sinh viên: ........................................................... MSSV: .......................................
MSSV: .......................................
Ngành: .................................................................................................................................
Tên đề tài: ..............................................................................................................................

................................................................................................................................................
Họ và tên Giáo viên phản biện: .............................................................................................
................................................................................................................................................
NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
2. Ưu điểm:
...............................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
3. Khuyết điểm:
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
4. Đề nghị cho bảo vệ hay không?
................................................................................................................................................
5. Đánh giá loại:
...............................................................................................................................................
6. Điểm: ........................ (Bằng chữ: ............................................................................. )
...................................................................................................................................
Tp. Hồ Chí Minh, ngày
tháng
năm 2021
Giáo viên phản biện
(Ký & ghi rõ họ tên)

IV

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành đề tài “ Nghiên cứu cải tiến hệ thống làm mát trên xe Yamaha
Exciter” nhóm nghiên cứu xin gửi lời cảm ơn chân thành đến giảng viên hướng dẫn –
TS. Nguyễn Văn Trạng, thầy đã tận tình hướng dẫn, chỉ ra những hướng nghiên cứu,
quan tâm và động viên trong thời gian hoàn thành đề tài tốt nghiệp.
Cũng xin gửi lời cảm ơn đến các giảng viên bộ môn nhiệt và trung tâm Quatest 3 đã
hướng dẫn nhóm trong q trình mơ phỏng và đo đạc các thông số của dung dịch nước
làm mát.
Một lần nữa xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến các thầy cơ, các anh chị khóa
trước đã cho nhóm nghiên cứu những tài liệu vô cùng quý giá để hồn thành đề tài một
cách tốt nhất.
Cuối cùng, do trình độ và điều kiện nghiên cứu còn hạn chế nên đề tài khơng trách
khỏi những thiếu sót, hạn chế. Rất mong được sự đóng góp ý kiến của tất cả quý thầy cô
và các bạn.
Xin chân thành cảm ơn!

TP, Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2021
Sinh viên thực hiện

V


TÓM TẮT
ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN HỆ THỐNG LÀM MÁT
TRÊN XE YAMAHA EXCITER
Trong đề tài tốt nghiệp này, nhóm nghiên cứu đã tiến hành tạo ra một dung dịch làm
mát mới cho xe Yamaha Exciter bằng cách sử dụng hợp chất đồng oxit có kích thước
nano phân tán vào dung dịch nước làm mát thông thường để tăng hiệu suất truyền nhiệt

trong quá trình hoạt động của xe. Nhóm nghiên cứu đã tiến hành so sánh dung dịch nước
làm mát có bổ sung 0.3% CuO và dung dịch nước làm mát thông thường bằng cách đo
thông số như là nhiệt độ sôi, độ nhớt động học, khối lượng riêng, nhiệt dung riêng ở hai
mức nhiệt độ 30℃ và 80℃. Từ đó lấy các thơng số ở trên để tiến hành mô phỏng bằng
phần mềm Comsol Multiphysics 5.6, cùng với két nước và các điệu kiện gần giống với
môi trường thực tế mà xe hoạt động nhất. Sau q trình thí nghiệm và mơ phỏng nhóm
nghiên cứu nhận thấy khi nhiệt độ tăng thì độ dẫn nhiệt của dung dịch có bổ sung 0.3%
CuO có độ dẫn nhiệt cao hơn so với dung dịch làm mát thông thường, về quá trình truyền
nhiệt thì cũng cho thấy dung dịch có bổ sung 0.3% CuO truyền nhiệt tốt hơn dung dịch
làm mát thông thường lên đến 10%.
Qua các kết quả trên, nhóm nghiên cứu cho thấy đề tài đã chứng minh được tính khả
thi của việc ứng dụng oxit kim loại vào việc làm mát trong động cơ đốt trong trên xe
hiện nay. Từ đó sẽ tiến hành cải tiến dung dịch nước làm mát mới thay thế cho sản phẩm
làm mát hiện nay trên thị trường.

VI


ABSTRACT
GRADUTION TOPIC RESEARCH IMPROVEMENT OF COOLING SYSTEM
IN YAMAHA EXCITER
In this graduation project, the research team has created a new cooling solution for
Yamaha Exciter cars by using nano-sized copper oxide compounds dispersed into
ordinary coolant solutions to increase efficiency. heat transfer rate during vehicle
operation. The research team compared the coolant solution with 0.3% CuO addition and
the conventional coolant solution by measuring parameters such as boiling point,
kinematic viscosity, density, specific heat capacity. at two temperatures of 30℃ and
80℃. From there, take the above parameters to conduct simulations using Comsol
Multiphysics 5.6 software, along with the water tank and conditions that are most similar
to the actual environment in which the vehicle operates. After the experiment and

simulation process, the research team found that when the temperature increased, the
thermal conductivity of the solution with 0.3% CuO addition had a higher thermal
conductivity than the conventional cooling solution, in terms of heat transfer. It also
shows that the solution with the addition of 0.3% CuO transfers heat better than the
normal cooling solution up to 10%.
Through the above results, the research team shows that the topic has proved the
feasibility of applying metal oxides to the cooling in internal combustion engines on
current vehicles. From there, it will proceed to improve the new coolant solution to
replace the current cooling product on the market.

VII


MỤC LỤC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ....................................................................................................i
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .............................................................................ii
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN........................................... iii
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ..............................................iv
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. v
TÓM TẮT ......................................................................................................................vi
MỤC LỤC ................................................................................................................... viii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ..............................................................................xi
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ................................................................................xii
DANH MỤC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ .............................................................................. xiii
TÀI IỆU THAM KHẢO ........................................................................................... xvii
Chương 1 ......................................................................................................................... 1
TỔNG QUAN ................................................................................................................. 1
1.1. Tính cấp thiết của đề tài. .................................................................................. 1
1.2. Lý do chọn đề tài. .............................................................................................. 1
1.3. Các nghiên cứu trong và ngoài nước. ............................................................. 2

1.3.1.

Các nghiên cứu ngoài nước. .................................................................. 2

1.3.2.

Tình hình nghiên cứu trong nước. ...................................................... 20

1.4. Mục tiêu đề tài................................................................................................. 22
1.5. Đối tượng nghiên cứu. .................................................................................... 22
1.6. Nhiệm vụ đề tài. .............................................................................................. 22
1.7. Giới hạn đề tài. ................................................................................................ 22
1.8. Phương pháp tiếp cận và nghiên cứu............................................................ 22
1.8.1.

Phương pháp tiếp cận. ......................................................................... 22

1.8.2.

Phương pháp nghiên cứu. .................................................................... 23

Chương 2:...................................................................................................................... 24

VIII


CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................................................... 24
2.1. Hệ thống làm mát trên xe máy. ..................................................................... 24
2.1.1.

Chức năng của hệ thống làm mát trên xe gắn máy. .......................... 24

2.1.2.

Phân loại hệ thống làm mát trên xe mát. ........................................... 24

2.2.

Cấu tạo hệ thống làm mát trên xe Exciter. ............................................ 28

2.3. Tính chất lý hóa của Đồng Oxit (CuO). ........................................................ 34
2.4. Tính chất lý hóa của Ethylene Glycol (EG).................................................. 34
2.5. Xác định tính chất của lưu chất nano CuO/Ethylene Glycol/nước. .......... 36
2.5.1.

Khối lượng riêng của lưu chất............................................................. 36

2.5.2.

Tốc độ truyền nhiệt. ............................................................................. 36

2.5.3.

Hệ số Reynolds. ..................................................................................... 37

2.5.4.

Độ nhớt của lưu chất. ........................................................................... 37

2.5.5.

Độ dẫn nhiệt của lưu chất. ................................................................... 37

2.5.7.

Hệ số Nusselt (Nu). ............................................................................... 38

2.5.8.

Hệ số Prandtl (Pr)................................................................................. 38

MƠ PHỎNG ĐẶC TÍNH TRUYỀN NHIỆT CỦA BỘ TẢN NHIỆT..................... 39
3.1. Chuẩn bị mơi chất thí nghiệm. ...................................................................... 39
3.1.1.

Chuẩn bị hóa chất và dụng cụ làm thí nghiệm. ................................. 39

3.1.2.

Q trình tạo mơi chất làm mát. ......................................................... 43

3.2. Khảo sát thực nghiệm đặc tính của dung dịch nước làm mát có chứa Oxit
đồng nano. ................................................................................................................. 44
3.2.1.

Dộ nhớt động lực học của môi chất..................................................... 44

3.2.2.

Khối lượng riêng của môi chất. ........................................................... 45

3.2.3.

Độ dẫn nhiệt của môi chất. .................................................................. 47

3.2.4.

Nhiệt dung riêng của môi chất. ........................................................... 48

3.2.5.

Nhiệt độ sơi của mơi chất. .................................................................... 49

3.2.5

Tính tốn tốc độ truyền nhiệt của mơi chất. ......................................... 50

3.3. Mơ phỏng đặc tính truyền nhiệt của môi chất trong bộ tản nhiệt bằng
phần mềm Comsol Multiphysics. ............................................................................ 53
IX


3.3.1.

Thiết lập mơ hình mơ phỏng ............................................................... 54

3.3.2.

Kết quả mơ phỏng: ............................................................................... 56

Trường hợp tốc độ xe là 60km/h: ....................................................................... 56
KẾT LUẬN ................................................................................................................... 66
4.1.

Kết luận ..................................................................................................... 66

4.2. Kiến nghị ......................................................................................................... 66
PHỤ LỤC 1 ................................................................................................................... 68

X


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Ac

Diện tích mặt cắt, m2

Dh

Đường kính quy ước, m

𝜌

Khối lượng riêng (kg/m3 )

𝐶𝑝

Nhiệt riêng đẳng áp (J/kg.K)

𝜑

Phần trăm thể tích hạt nano (%)

‘nf ‘, ‘p’ và ‘bf’ lần lượt là chất lỏng nano, hạt nano và chất lỏng nền
Q

Tốc độ truyền nhiệt (W)

m

Tốc độ dòng chảy khối (kg/s)

Re

Số Reynolds

V

Vận tốc của dịng chảy

d

Đường kính thủy lực của ống (m) = ( 4A’/ P)

P

Chu vi của ống (m)

A’

Diện tích mặt cắt ngang của ống (m2)

𝜇

Độ nhớt động học của chất lỏng nano (kg/m.s)

𝜌

Khối lượng riêng của chất lỏng nano (kg/m3)

𝜇𝑏𝑓 và 𝜇𝑛𝑓 lần lượt là độ nhớt của chất lỏng nền và chất lỏng nano
k

Độ dẫn nhiệt (W/m.K)

z Hệ số hình dạng thực nghiệm . Khi các hạt nano được sử dụng trong thí nghiệm này
gần như hình cầu , giá trị của z được lấy là 3.
h

Hệ số truyền nhiệt (W/m2K)

A

Tổng diện tích biên của ống (m2 )

Tin

Nhiệt độ đầu vào (K)

Tout

Nhiệt độ đầu ra (K)

T

Nhiệt độ trung bình của nhiệt độ đầu vào và đầu ra được gọi là nhệt độ khối

Tw

Nhiệt độ thành bình (K)
XI


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1: Độ nhớt động học của hai dung dịch nước làm mát Ethylene Glycol và nước
làm mát bổ sung đồng oxit ở nhiệt độ khác nhau.
Bảng 3.2: Giá trị khối lượng riêng của dung dịch nước làm mát ethylen glycol và dung
dịch bổ sung đồng oxit ở nhiệt độ khác nhau
Bảng 3.3: Giá trị độ dẫn nhiệt của dung dịch nước làm mát Ethylene Glycol và dung
dịch nước làm mát có chứa đồng oxit
Bảng 3.4: Giá trị nhiệt dung riêng của dung dịch nước làm mát Ethylene Glycol và
dung dịch nước làm mát có bổ sung đồng oxit
Bảng 3.5: Nhiệt độ sôi của dung dịch nước làm mát có chứa đồng oxit và dung dịch
nước làm mát Ethylene Glycol.
Bảng 3.6: Giá trị tốc độ truyền nhiệt của dung dịch nước làm mát có chứa đồng oxit
và dung dịch nước làm mát Ethylene Glycol ở các nồng độ khác nhau.

XII

DANH MỤC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Sơ đồ của thiết bị dây nóng để đo độ dẫn nhiệt nano trong nghiên cứu của
S.Lee [4].
Hình 1.2: Độ dẫn nhiệt tăng cường của chất lỏng nano oxit trong nghiên cứu của S.Lee
[4].
Hình 1.3: So sánh mối tương quan giữa độ nhớt và nồng độ thể tích hạt trong nghiên
cứu của Weerapun Duangthongsuk [7].
Hình 1.4 (a) : Độ dẫn nhiệt của các nồng độ hạt nano khác nhau đối với 60: 40 chất
lỏng gốc hỗn hợp nước-Ethylene Glycol
Hình 1.4 (b) : Độ dẫn nhiệt của các nồng độ hạt nano khác nhau đối với 50:50 chất
lỏng gốc hỗn hợp nước-Ethylene Glycol.
Hình 1.4 (c) : Độ dẫn nhiệt của các nồng độ hạt nano khác nhau đối với 40:60 chất lỏg
gốc hỗn hợp nước-Ethylene Glycol.
Hình 1.5: Một sơ đồ của phần thử nghiệm với các chi tiết của mẫu thử nghiệm. [13].
Hình 1.6: Thiết lập mơ hình thí nghiệm của K. Goudarzi [15].
Hình 1.7: Sơ đồ mơ hình thí nghiệm của K. Goudarzi [15].
Hình 1.8: Sơ đồ mơ hình thí nghiệm trong nghiên cứu của Hai Muhammad Ali [17].
Hình 1.9: Thiết lập mơ hình thí nghiệm trong nghiên cứu của Hai Muhammad Ali [17].
Hình 1.10: Tốc độ truyền nhiệt của chất lỏng nano ZnO nồng độ thể tích 0.08% việc ở
ba nhiệt độ khác nhau.
Hình 2.1: Hệ thống làm mát bằng khơng khí.
Hình 2.2: Hệ thống làm mát bằng dung dịch.
Hình 2.3: Hệ thống làm mát bằng khơng khí đơn giản.
Hình 2.4: Hệ thống làm mát bằng gió cưỡng bức.
Hình 2.5: Hệ thống làm mát bằng dung dịch.
Hình 2.6: Hệ thống làm mát Yamaha Exciter.
XIII


Hình 2.7: Các chi tiết của hệ thống làm mát.

Hình 2.8: Két nước làm mát động cơ.
Hình 2.9: Nắp két nước hệ thống làm mát.
Hình 2.10: Cấu tạo nắp két nước.
Hình 2.11: Bơm nước kiểu ly tâm trên xe Yamaha Exciter.
Hình 2.12 : Bơm nước kiểu ly tâm của hệ thống làm mát.
Hình 2.13: Đồng Oxit ( CuO).
Hình 2.14: Ethylene Glycol.
Hình 3.1: Cân điện tử.
Hình 3.2: Cốc đo thể tích.
Hình 3.3: Nhiệt kế.
Hình 3.4: Máy đo mật độ ES10-D4052
Hình 3.5: Bể ổn nhiệt đo độ nhớt động học.
Hình 3.6: Máy đo tỉ trọng Density/ Specific Gravity Meter DA- 650.
Hình 3.7: Máy đo độ dẫn nhiệt GHFM- 02
Hình 3.8: Máy khuấy siêu âm VC 750 Sonics.
Hình 3.9: Mẫu dung dịch thí nghiệm.
Hình 3.10: Đồ thị so sánh độ nhớt động học của hai mẫu mơi chất.
Hình 3.11: Đồ thị thể hiện giá trị khối lượng riêng của hai mẫu mơi chất
Hình 3.12: Đồ thị thể hiện giá trị độ dẫn nhiệt của hai mẫu mơi chất.
Hình 3.13: Đồ thị thể hiện giá trị nhiệt dung riêng của hai mẫu mơi chất
Hình 3.14: Đồ thị so sánh nhiệt độ sôi ở hai mẫu dung dịch
Hình 3.15: Đồ thị so sánh tốc độ truyền nhiệt ở hai mẫu dung dịch.
XIV


Hình 3.16 : Kết quả đo ở trung tâm Quatest 3.
Hình 3.17: Mơ hình két tản nhiệt.
Hình 3.18 : Bản vẽ 2D két tán nhiệt
Hình 3.19:Mơ hình Kênh dẫn nước.
Hình 3.20: Q trình mơ phỏng truyền nhiệt bằng phần mềm Comsol Multiphysics.

Hình 3.21: Phân bố nhiệt độ trong kênh dẫn lưu chất với mơi chất làm mát thơng
thường.
Hình 3.22: Phân bố nhiệt độ trong kênh dẫn khi sử dụng dung dịch nước làm mát bổ
sung thêm 0.3% CuO.
Hình 3.23 : Đồ thị giá trị nhiệt độ đầu ra của dung dịch nước làm mát có chứa đồng
oxit và dung dịch làm mát thơng thường.
Hình 3.24: Phân bố nhiệt độ trong kênh dẫn sử dụng môi chất làm mát truyền thống
khi ở tốc độ xe 90 km/h.
Hình 3.25: Phân bố nhiệt độ trong kênh dẫn khi sử dụng môi chất làm mát bổ sung
0.3% CuO khi ở tốc độ xe là 90 km/s.
Hình 3.26: Đồ thị so sánh nhiệt độ đầu ra ở hai mẫu môi chất khi tốc độ xe 90 km/h.
Hình 3.27: Phân bố nhiệt độ trong kênh dẫn khi sử dụng môi chất làm mát thông
thường ở tốc độ gió xe là 0km/h.
Hình 3.28: Phân bố nhiệt độ trong kênh dẫn khi sử dụng môi chất làm mát bổ sung
0.3% CuO ở tốc độ gió xe là 0 km/h.
Hình 3.29: Đồ thị so sánh nhiệt đồ đầu ra ở hai mẫu dung dịch khi tốc độ gió xe
0 km/s.
Hình PL1.1: Chọn Model mơ phỏng.
Hình PL1.2: Chọn mơi trường mơ phỏng.
Hình PL1.3: Chọn lời giải mơ phỏng.
Hình PL1.4: Chọn điều kiện mô phỏng.
XV


Hình PL1.5: Import mơ hình vào phần mềm Comsol Multiphysics.
Hình PL1.6: Mơ hình kênh tản nhiệt.
Hình PL1.7: Add thư viện vật liệu.
Hình PL1.8: Chọn vật liệu cho khối khơng khí.
Hình PL1.9: Chọn vật liệu cho kênh tản nhiệt.
Hình PL1.10: Chọn vật liệu cho dịng lưu chất.

Hình PL1.11: Thiết lập thơng số độ nhớt động lực học cho mơi chất.
Hình PL1.12: Thiết lập nhiệt độ đầu vào cho khối khơng khí.
Hình PL1.13: Thiết lập nhiệt độ đầu ra cho khối không khí.
Hình PL1.14: Thiết lập nhiệt độ đầu vào cho dịng lưu chất.
Hình PL1.15: Thiết lập nhiệt độ đầu ra cho dịng lưu chất.
Hình PL1.16: Thiết lập đặc tính đầu vào cho dịng khơng khí.
Hình PL1.17: Thiết lập đặc tính đầu vào cho dịng lưu chất.
Hình PL1.18: Thiết lập đặc tính đầu ra cho dịng lưu chất.
Hình PL1.19 Q trình tạo lưới cho mơ hình.
Hình PL1.20: Thiết lập q trình mơ phỏng.
Hình PL 1.21: Quá trình xuất dữ liệu.
Hình PL1.22: Kết quả sau khi mô phỏng xong.

XVI


TÀI IỆU THAM KHẢO
[1] Reza Aghayari, Heydar Maddah, Malihe Zarei, Mehdi Dehghani, Sahar
Ghanbari Kaskari Mahalle, "Heat Transfer of Nanofluid in a Double Pipe Heat
Exchanger" (2014).
[2] C. T. Nguyen, G. Roy, C. Gauthier, and N. Galanis, “Heat transfer
enhancement using Al2O3 -water nanofluid for an electronic liquid cooling
system” Applied Thermal Engineering 27 (8-9) (2007) 1501–1506.
[3] Y. He, Y. Jin, H. Chen, Y. Ding, D. Cang, and H. Lu, “Heat transfer and flow
behaviour of aqueous suspensions of TiO2 nanoparticles (nanofluids) flowing
upward through a vertical pipe”, International Journal of Heat and Mass Transfer,
vol. 50, no.11-12 (2007) 2272-2281.
[4] S.Lee, S.U,-S.Choi, J.A.Eastman, Measuring Thermal Conductivity of Fluids
Containing Oxide Nanoparticles 121 (2) (1999) 280-289.
[5] Sarit K Das, Nandy Putra, W. Roetzel, Pool boiling characteristics of nanofluids, International Journal of eat anh Mass Transfer 46(5) (2003) 851-862.

[6] Huaqing Xie, Wei Yu, yang Li, Intriguingly high convective heat transfer
enhancement of nanofluid coolants in laminar flows, 374 (25) (2010) 2566-2568.
[7] Weerapun Duangthongsuk, Somchai Wongwises, Measurement of
temperature-dependent thermal conductivity and viscosity of TiO2-water nanofluids,
Experimental Thermal and Fluid Science 33 (2009) 706-714.
[8] S.K.Lim, W.H.Azmi, A.R.Yusoff, Investigation of thermal conductivity and
viscosity of Al2O3/water–Ethylene Glycol mixture nanocoolant for cooling channel
of hot-press forming die application, International Communications in Heat and
Mass Transfer 78 (2016), 182-189.
[9] Mohammad Hemmat Esfe, Seyfolah Saedoin, Mostafa Mahmoodi,
Experimental studies on the convective heat transfer performance and
thermophysical properties of MgO–water nanofluid under turbulent flow,
Experimental Thermal and Fluid Science 52 (2014) 68-78.
[10] Jung-Yeul Jung, Hoo-Suk Oh, Ho-Yong Kwak, Forced convective heat
transfer of nanofluids in microchannels, International Journal of Heat and Mass
Transfer 52 (2007) 466-472.
[11] S.M. Peyghambarzadeh, S.H. Hashemabadi, S.M. Hoseini, H. Seifi Jamnani,
Experimental study of heat transfer enhancement using water/Ethylene Glycol based
nanofluids as a new coolant for car radiators, International Communications in Heat
and Mass Transfer 38 (2011) 1283-1290.
XVII


[12] Xiaoke Le, Changjun Zou, Aihua Qi, Experimental study on the thermophysical properties of car engine coolant (water/Ethylene Glycol mixture type) based
SiC nanofluids, International Communications in Heat and Mass Transfer 77 (2016)
159-164.
[13] Husein S. Moghaieb, Engine cooling using Al2O3/water nanofluids, Applied
Thermal Engineering 115 (2017) 152-159.
[14] Hwa-Ming Nieh, Tun-Ping Teng, Chao-Chieh Yu,Enhanced heat dissipation
of a radiator using oxide nano-coolant, International Journal of Thermal Sciences 77

(2013) 252-261.
[15] K. Goudarzi, H.Jamali, Heat transfer enhancement of Al2O3-EG nanofluid in
a car radiator with wire coil inserts, Applied Thermal Engineering 118 (2017) 510517.
[16] M. Hatami, M.Jafaryar, J.Zhou, D.Jing, Investigation of engines radiator heat
recovery using different shapes of nanoparticles in H2O/(CH2OH)2 based nanofluids,
International Journal of Hydrogen Energy 42 (2017) 10891-10900.
[17] Hafiz Muhammad Ali, Hassan Ali, Hassan Liaquat, Hafiz Talha Bin
Maqsood, Malik Ahmed Nadir, Experimental investigation of convective heat
transfer augmentation for car radiator using ZnO–water nanofluids, Energy 84
(2015) 317-324.
[18] Hainan Zhang, Shuangquan Shao, Hongbo Xu, Changqing Tian, Heat
transfer and flow features of Al2O3–water nanofluids flowing through a circular
microchannel – Experimental results and correlations 61 (2013) 86-92.
[19] Nishant Kumar, Shriram S. Sonawane, Experimental study of thermal
conductivity and convective heat transfer enhancement using CuO and
TiO2 nanoparticles, International Communications in Heat and Mass Transfer 76
(2016) 98-107.
[20] M.Sharifpur, N. Tshimanga, J. P. Meyer, O. Manca, Experimental
investigation and model development for thermal conductivity of α-Al2O3-glycerol
nanoflui, , International Communications in Heat and Mass Transfer 85 (2017) 1222.
[21] Nishant Kumar, Shriam S. Sonawane, Shirish H. Sonawana, Experimental
study of thermal conductivity, heat transfer and friction factor of Al 2O3 based
nanofluid, International Communications in Heat and Mass Tranfer 90 (2018) 1-10.
[22]Tae jong Choi, Sung Hyoun Kim, Seo Pil Jang, Doo Jin Yang, Heat transfer
enhancement of a radiator with mass-producing nanofluids (EG/water-based Al2O3
XVIII


nanofluids) for cooling a 100 kW high power system, Applied Thermal Engineering
180 (2020) 115780.

[23] Kanjirakat Anoop, Reza Sadr, Jiwon Yu, Seokwon Kang, Saeil Jeon,
Debjyoti Banerjee, International Communications in Heat and Mass Transfer 39
(2012) 1325-1330.
[24] Nguyễn Đình Trung, Nguyễn Văn Trạng, Đặng Thành Trung, Nghiên cứu
thực nghiệm cải tiến hệ thống làm mát xe máy Nouvo LX bằng bộ tản nhiệt kênh
mini, Đại học sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, 2015.
[25] Huỳnh Tấn Đạt, Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ “ Tối ưu hóa q trình giải nhiệt
từ thành xylanh ra áo nước trên xe tay ga bằng phương pháp mô phỏng số học và
thực nghiệm”, Đại học Sư phạm Kỹ thuật T.P Hồ Chí Minh, 2014.
[26] Hồng Cơng Đạt, Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ “Nghiên cứu mô phỏng và thực
nghiệm cải tiến hệ thống làm mát bằng dung dịch cho động cơ đốt trong xe máy”
Đại học sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, 2020.
[27] Não Minh Daly, Luận Văn thạc sĩ “ Nghiên cứu cải tiến két nước trên xe tay
ga bằng bộ tản nhiệt kênh mini (minichannel heat sink) nhằm nâng cao hiệu quả
truyền nhiệt ”, Đại học Sư phạm Kỹ thuật T.P Hồ Chí Minh, 2015.
[28] Nguyễn Văn Phương, Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ “Nghiên cứu mô phỏng
đặc tính truyền nhiệt của bộ làm mát kênh mini thay thế két giải nhiệt xe máy”,
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM, 2017.

XIX


Chương 1
TỔNG QUAN
Tính cấp thiết của đề tài.
Ở Việt Nam xe máy vẫn là phương tiện lưu thông đường bộ phổ biến nhất. Nhờ
giá thành hợp lý, tính tiện lợi khi sử dụng ở các điều kiện đường xá khác nhau, Trung
bình mỗi ngày có thêm gần 9000 xe máy mới, đa dạng về chủng loại và mẫu mã
được lăn bánh tại Việt Nam.
Xe máy ở nước ta hoạt động đa phần dựa trên nguyên lý của động cơ đốt trong.

Khi hoạt động nhiên liệu bị đốt cháy sinh ra năng lượng vận hành xe, đồng thời phát
thải ra nhiệt làm nóng động cơ. Lượng nhiệt sinh ra quá lớn có thể làm giảm hiệu
suất hay nguy hiểm hơn có thể gây cháy xupap, các chi tiết bị giãn nở làm kẹt động
cơ,… giảm tuổi thọ và độ bền của xe. Vì vậy trên mỗi xe máy đều trang bị hệ thống
làm mát động cơ bằng gió hoặc dung dịch để duy trì nhiệt độ động cơ ở mức phù
hợp. Ở thị trường Việt Nam, hệ thống làm mát trên xe máy chủ yếu làm mát bằng
gió tự nhiên do tính đơn giản, gọn nhẹ và giảm được giá thành xe. Tuy nhiên hệ
thống làm mát bằng gió lại có các nhược điểm như phụ thuộc vào tốc độ xe, nhiệt độ
môi trường, …
Hệ thống làm mát bằng dung dịch thường được trang bị ở các dịng xe có dung
tích xi-lanh lớn, hoặc là xe ga, những xe có động cơ nặng bên trong xe, gió tự khó
luồn vào khi xe duy chuyển. Hệ thống làm mát bằng dung dịch mang lại hiệu quả
giải nhiệt, độ ổn định cao hơn hệ thống làm mát bằng gió. Nhưng bên cạnh đó hệ
thống làm mát bằng dung dịch vẫn có những hạn chế như cấu tạo phức tạp, két nước
dễ bị biến dạng, rò rỉ dung dịch làm mát, giá thành cao,… và khó khăn hơn trong
việc bảo dưỡng hệ thống.
1.2. Lý do chọn đề tài.
Có thể nhận thấy nhu cầu làm mát động cơ trên xe máy là rất lớn.Việc Sử dụng
hệ thống làm mát bằng dung dịch cho động cơ có hiệu suất cao hơn hệ thống làm
mát bằng gió. Đặc biệt không thể thiếu trong hệ thống làm mát bằng dung dịch là
dung dịch nước làm mát, tuy nhiên dung dịch nước làm mát trên thị trường hiện nay
vẫn cịn một số nhược điểm như:
- Nhiệt độ sơi, nhiệt độ đóng băng trong dung dịch cịn thấp
- Tốc độ truyền dẫn nhiệt chưa cao
- Thời gian đạt được nhiệt độ tối ưu cho động cơ còn dài
1.1.

1

Hiệu suất tổn hao và tuổi thọ động cao chưa được cải thiện đáng kể so với hệ
thống làm mát bằng khơng khí.
Vì lý do đó, đề tài “Nghiên cứu cải tiến hệ thống làm mát bằng dung dịch cho
động cơ đốt trong trên xe máy” được nhóm nghiên cứu thực hiện, nhằm mục đích
tăng hiệu quả làm mát của hệ thống làm mát từ đó tăng hiệu suất, độ ổn định, tuổi
thọ cho động cơ.
1.3. Các nghiên cứu trong và ngoài nước.
1.3.1. Các nghiên cứu ngoài nước.
Nền công nghiệp trên thế giới phát triển, kéo theo đó là nhu cầu về tiện nghi của
con người càng cao. Trong sự phát triển đó thì u cầu về hiệu suất động cơ của ô tô
cũng tăng. Xe ô tô ngày nay không những phải đáp ứng đưuọc hiệu suất hoạt động
tốt mà mức tiêu hao nhiên liệu và lượng khí thải ra mơi trường cũng phải giảm. Đáp
ứng nhu cầu đó, đã có nhiều phát kiến, nghiên cứu ra đời như những hệ thống điều
chỉnh lượng nhiên liệu, những hệ thống thải thế hệ mới,… Việc giảm kích thước và
trọng lượng của các bộ phận cũng được đề cập đến khá nhiều trong nền công nghiệp
ô tô hiện đại. Các nhà nghiên cứu sử dụng các mơ hình tản nhiệt, các kênh dẫn nhiệt
bằng nhiều vật liệu, cấu tạo khác nhau để tạo ra hệ thống giải nhiệt tối ưu hơn. Bên
cạnh đó, việc ứng dụng và thay đổi các loại môi chất giải nhiệt khác nhau cũng là
một đề tài được quan trong những năm gần đây.
Chất lỏng giải nhiệt thông thường như hỗn hợp dung dịch nước và Ethylene
Glycol (EG) hay các dầu nhớt động cơ có hiệu suất tản nhiệt chưa được cao. Do đó,
một phương pháp mới để cải thiện việc tản nhiệt của két làm mát là thêm các hạt rắn
nhỏ dưới dạng nano vào chất lỏng thơng thường. Chất lỏng này được gọi là
Nanofluids.
Vì vậy, nhiều thí nghiệm, nghiên cứu đã được thực hiện bởi các nhà nghiên cứu
để xem xét về tính dẫn nhiệt của các loại dung dịch Nano khác nhau. Reza Aghayari
[1] Nghiên cứu sự tăng cường hệ số truyền nhiệt và số Nusselt của một dung dịch
nano chứa các hạt nano -Al2O3 với các kích thước hạt 20mm và phần thể tích 0.1%0.3%. Qua kết quả thí ngiệm cho thấy sự gia tăng đáng kể của hệ số truyền nhiệt và
số Nusselt lên đến 19%-24%, với lượng dung dịch tương ứng, bên cạnh đó cịn thấy
rằng hệ số truyền nhiệt tăng theo nhiệt độ hoạt động và nồng độ của các hạt nano.

Nguyen Cong Tam [2] đã khảo sát hệ só truyền nhiệt và đặc tính dịng chất lỏng
của các hạt nano Al2O3 phân tán trong nước chảy qua hệ thống làm mát bằng chất
lỏng của bộ vi xử lý trong điều kiện dòng chảy rối. Kết quả nghiên cứu cho thấy đối
với một chất lỏng nano cụ thể có nồng độ thể tích hạt là 6.8%, hệ số truyền nhiệt đã
-

2


tăng lên tới 40% so với hệ số truyền nhiệt của chất lỏng cơ bản và chất lỏng nano có
đường kính hạt 36nm cho hệ số truyền nhiệt cao hơn so với chất lỏng nano có đường
kính hạt 47nm.
Y.He cùng nhóm nghiên cứu [3] đã đưa ra một nghiên cứu thử nghiệm khảo sát
hệ thống truyền nhiệt và đặc tính dòng chảy của chất lỏng nano nước cất TiO2 chảy
qua một đường ống thẳng đứng theo hướng lên trong điều kiện biên thông lượng
nhiệt không đổi ở cả chế độ dòng chảy tầng và dòng chảy rối. Các phép đo lưu biến
cho thấy độ nhớt cắt của chất lỏng nano giảm trước khi tốc độ cắt tăng (hành vi cắt
mỏng), và sau đó đạt đến một hằng số ở tốc độ cắt lớn hơn ∼100 𝑠 −1 . Độ nhớt khơng
đổi tăng khi kích thước hạt (khối kết tụ) và nồng độ hạt tăng lên. Với số Reynolds
dòng chảy và kích thước hạt, hệ số truyền nhiệt đối lưu tăng theo nồng độ hạt nano
ở cả chế độ chảy tầng và chảy rối và ảnh hưởng của nồng độ hạt dường như đáng kể
hơn trong chế độ chảy rối. Với nồng độ hạt và số Reynolds dòng chảy, hệ số truyền
nhiệt đối lưu dường như khơng phụ thuộc với kích thước hạt trung bình trong các
điều kiện của việc truyền nhiệt này. Kết quả cũng cho thấy rằng độ giảm áp suất của
dòng chảy chất lỏng nano rất gần với độ giảm áp suất của dòng chất lỏng cơ bản đối
với một số Reynolds nhất định. Tương tự hệ số truyền nhiệt khơng phụ thuộc với
kích thước hạt nano ở số Reynolds và kích thước hạt nhất định. Kết quả chỉ ra rằng
độ giảm áp suất của chất lỏng nano rất gần với độ sụt áp của chất lỏng cơ bản.
Thí nghiệm của S.Lee và các cộng sự [4] cho thấy những chất lỏng nano chứa
một lượng nhỏ các hạt nano có độ dẫn nhiệt cao hơn đáng kể so với các chất lỏng

tương tự khơng có hạt nano. So sánh giữa các thí nghiệm với mơ hình Hamilton và
Crosser cho thấy các mơ hình có thể dự đốn khả năng dẫn nhiệt của các chất lỏng
nano chứa các hạt Al2O3 kết tụ lớn. Nhưng mơ hình lại dường như không phù hợp
với các chất lỏng chứa các hạt CuO. Nghiên cứu cũng chưa làm rõ sự khác biệt này.
Qua đó cho thấy răng khơng chỉ hình dạng mà kích thước hạt được coi là yếu tố quan
trọng trong việc tăng cường dẫn nhiệt của chất lỏng nano.

3


Hình 1.1: Sơ đồ của thiết bị dây nóng để đo độ dẫn nhiệt nano trong nghiên cứu
của S.Lee [4].

Hình 1.2: Độ dẫn nhiệt tăng cường của chất lỏng nano oxit trong nghiên cứu
của S.Lee.
4


Hình 1.2 cho thấy độ dẫn nhiệt đo được của các mẫu chất lỏng nano oxit dưới
dạng hàm của phần thể thích hạt nano. Kết quả thể hiện rằng chất lỏng nano dù chỉ
chứa một lượng nhỏ hạt nano nhưng lại có độ dẫn nhiệt cao hơn hẳng các chất lỏng
tương tự nhưng k được bổ sung hạt nano. Đối với mẫu đồng oxit/ Ethylene Glycol,
độ dẫn nhiệt tăng hơn 20% ở phần thể tích 0.04 (4% thể tích)
Sarit K Das và Nandy Putra [5] thấy rằng với phần thể tích rất nhỏ của các hạt có
kích thước nanomet, khả năng dẫn nhiệt và truyền nhiệt đối lưu của các chất huyền
phù này được tăng cường đáng kể mà không gặp phải các vấn đề trong dung dịch
thông thường như tắc nghẽn, xói mịn, lắng cặn và tăng giảm áp suất thất thường.
Qua thực nghiêm về sự sôi của các dung dịch trong nước – chất lỏng nano Al2O3.
Kết quả chỉ ra rằng các hạt nano có ảnh hưởng rõ rệt và đáng kể đến q trình sơi
làm giảm đặt tính sơi của chất lỏng. Và khi nồng độ hạt được tăng lên, sự suy giảm

hiệu suất sôi diễn ra làm tăng nhiệt độ bề mặt gia nhiệt. Cho thấy rằng vai trị của
dẫn truyền nhất thời trong q trình sôi bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố khác. Vì các
hạt đang xét có độ lớn nhỏ hơn độ nhám bề mặt từ một đến hai bậc nên nhóm nghiên
cứ đã kế luận rằng sự thay đổi các dặt tính bề mặt trong q trình sơi do các hạt bị
mắc kẹt trên bề mặt nguyên nhân dẫn đến sự dịch chuyển các đặc tính sơi theo chiều
âm. Kết quả của thí nghiệm có vai trị là kim chỉ nam trong việc thiết kế hệ thống
làm mát bằng chất lỏng nano nơi có thể xảy ra hiện tượng quá nhiệt nếu đạt được
nhiệt độ bão hịa. Nó cũng chỉ ra khả năng chất lỏng được thiết kế như vậy sẽ được
sử dụng trong xử lý vật liệu hoặc xử lý nhiệt, trong đó nhiệt độ bề mặt được ấn đính
trước cao hơn được u cầu duy trì mà khơng làm thay đổi nhiệt độ chất lỏng.
Huaqing Xie, Wei Yu, yang Li [6] đã nghiên cứu về sự tăng cường truyền nhiệt
của các chất lỏng nano khi chất làm mát chảy bên trong một ống đồng trịn với nhiệt
độ thành khơng đổi. Các chất lỏng nano chứa các hạt nano Al2O3, ZnO, TiO2 và MgO
được điều chế với hỗn hợp nước cất 55% thể tích và 45% thể tích etylen glycol làm
chất lỏng cơ bản. Nhóm nghiên cứu thấy rằng các hành vi truyền nhiệt của các chất
lỏng nano phụ thuộc rất nhiều vào phần thể tích, kích thước trung bình, lồi của các
hạt nano lơ lửng và điều kiện dịng chảy. Chất lỏng nano MgO, Al2O3 và ZnO thể
hiện những cải tiến vượt trội về hệ số truyền nhiệt, với mức tăng cường cao nhất lên
đến 252% với số Reynolds là 1000 đối với chất lỏng nano MgO. Kết quả thí nghiệm
đã chứng minh rằng các chất lỏng nano oxit này có thể là những lựa chọn thay thế
đầy hứa hẹn cho các chất làm mát thông thường.

5