(Đồ án hcmute) nghiên cứu chế tạo và thực nghiệm thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống sử dụng môi chất co2 cho hệ thống điều hòa không khí
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (10.05 MB, 110 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CNKT NHIỆT
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ THỰC NGHIỆM
THIẾT BỊ NGƯNG TỤ KIỂU ỐNG LỒNG ỐNG SỬ DỤNG
MÔI CHẤT CO2 CHO HỆ THỐNG ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ
GVHD: TS. ĐỒN MINH HÙNG
SVTH: NGUYỄN QUỐC HUY
LÊ ĐỨC MINH HOÀNG
CÁP HOÀNG SINH
S K L0 1 0 1 2 3
Tp. Hồ Chí Minh, 2023
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO
--------
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ THỰC NGHIỆM THIẾT BỊ
NGƯNG TỤ KIỂU ỐNG LỒNG ỐNG SỬ DỤNG MƠI
CHẤT CO2 CHO HỆ THỐNG ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ
SVTH: NGUYỄN QUỐC HUY
MSSV: 19147109
SVTH: LÊ ĐỨC MINH HOÀNG
MSSV: 19147104
SVTH: CÁP HOÀNG SINH
MSSV: 19147020
GVHD: TS. ĐỒN MINH HÙNG
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 02, năm 2023
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO
--------
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ THỰC NGHIỆM THIẾT BỊ
NGƯNG TỤ KIỂU ỐNG LỒNG ỐNG SỬ DỤNG MƠI
CHẤT CO2 CHO HỆ THỐNG ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ
SVTH: NGUYỄN QUỐC HUY
MSSV: 19147109
SVTH: LÊ ĐỨC MINH HOÀNG
MSSV: 19147104
SVTH: CÁP HOÀNG SINH
MSSV: 19147020
GVHD: TS. ĐỒN MINH HÙNG
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 02, năm 2023
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO
Độc lập - Tự do – Hạnh phúc
Bộ môn: Công nghệ kỹ thuật nhiệt
TP. Hồ Chí Minh, ngày 19 tháng 02 năm 2023
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên Sinh viên: 1. Nguyễn Quốc Huy
MSSV: 19147109
2. Lê Đức Minh Hồng
19147104
3. Cáp Hồng Sinh
19147020
Chun ngành: Cơng nghệ kỹ thuật nhiệt
Mã ngành đào tạo: 52510206
Hệ đào tạo: Hệ đại học chính quy
Mã hệ đào tạo:
Khóa: 2019
Lớp: CL1
1. Tên đề tài
Nghiên cứu chế tạo và thực nghiệm thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống sử dụng môi chất
CO2 cho hệ thống điều hịa khơng khí
2. Nhiệm vụ đề tài
(1) Tìm hiểu, lựa chọn môi chất và kiểu thiết bị ngưng tụ.
(2) Chuẩn bị dụng cụ, vật liệu chế tạo thiết bị.
(3) Lựa chọn kích thước, chiều dài của ống đồng và ống nhựa cho thiết bị.
(4) Chọn quạt và bơm nước giải nhiệt.
(5) Chế tạo và bố trí chi tiết thiết bị ngưng tụ.
(6) Nạp môi chất lạnh CO2 cho hệ thống.
(7) Vận hành hệ thống và thu thập dữ liệu.
(8) Tính tốn chu trình CO 2 lý thuyết.
(9) Tính tốn chu trình CO 2 thực nghiệm.
(10) Vẽ, dựng mơ hình 3D thiết bị ngưng tụ và quạt giải nhiệt.
(11) Nghiên cứu và đưa ra quy trình chế tạo và kiểm tra.
(12) Viết báo cáo tổng kết đề tài.
3. Sản phẩm của đề tài
(1) Thiết bị chứa môi chất CO2 rắn để nạp cho hệ thống.
(2) Mơ hình hệ thống thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống và quạt giải nhiệt.
(3) Dữ liệu thực nghiệm khi vận hành hệ thống.
(4) Các bản vẽ thiết kế 2D cho hệ thống thiết bị ngưng tụ và quạt giải nhiệt.
(5) Mơ hình hệ thống 3D thiết bị ngưng tụ và quạt giải nhiệt.
(6) Kết quả tính tốn lý thuyết chu trình điều hịa khơng khí CO 2.
(7) Kết quả tính tốn thực nghiệm chu trình điều hịa khơng khí CO 2.
(8) Bảng quy trình chế tạo và kiểm tra.
(9) Quyển báo cáo tổng kết.
4. Ngày giao nhiệm vụ đề tài: 01/11/2022.
5. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 13/02/2023.
TRƯỞNG BỘ MÔN
(ký & ghi rõ họ tên)
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(ký & ghi rõ họ tên)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO
Độc lập - Tự do – Hạnh phúc
Bộ môn: Công nghệ kỹ thuật nhiệt
PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho giảng viên hướng dẫn)
Họ và tên sinh viên
(1) Nguyễn Quốc Huy
MSSV:19147109
Hội đồng:
Họ và tên sinh viên
(2) Lê Đức Minh Hoàng
MSSV:19147104
Hội đồng:
Họ và tên sinh viên
(3) Cáp Hoàng Sinh
MSSV:19147020
Hội đồng:
Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo và thực nghiệm thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống sử dụng môi
chất CO 2 cho hệ thống điều hịa khơng khí
Ngành đào tạo: Công nghệ kỹ thuật nhiệt
Họ và tên GV hướng dẫn: TS. Đoàn Minh Hùng
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Nhận xét về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên (không đánh máy)
.........................................................................................................................................................................................................
.........................................................................................................................................................................................................
.........................................................................................................................................................................................................
.........................................................................................................................................................................................................
2. Nhận xét về kết quả thực hiện của ĐATN(khơng đánh máy)
2.1.Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:
.........................................................................................................................................................................................................
.........................................................................................................................................................................................................
.........................................................................................................................................................................................................
.........................................................................................................................................................................................................
.........................................................................................................................................................................................................
2.2 Nội dung đồ án:
(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)
.........................................................................................................................................................................................................
.........................................................................................................................................................................................................
.........................................................................................................................................................................................................
2.3.Kết quả đạt được:
.........................................................................................................................................................................................................
.........................................................................................................................................................................................................
.........................................................................................................................................................................................................
2.4. Những tồn tại (nếu có):
.........................................................................................................................................................................................................
.........................................................................................................................................................................................................
.........................................................................................................................................................................................................
3. Đánh giá:
1.
2.
Điểm
tối đa
Mục đánh giá
TT
Hình thức và kết cấu ĐATN
Điểm đạt
được
30
Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục
10
Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài
10
Tính cấp thiết của đề tài
10
Nội dung ĐATN
50
Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa
học xã hội…
5
Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá
10
Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình
đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế.
15
Khả năng cải tiến và phát triển
15
Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành…
5
3.
Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài
10
4.
Sản phẩm cụ thể của ĐATN
10
Tổng điểm
100
4. Kết luận:
Được phép bảo vệ
Không được phép bảo vệ
TP.HCM, ngày 19 tháng 02 năm 2023
Giảng viên hướng dẫn
(Ký, ghi rõ họ tên)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO
Độc lập - Tự do – Hạnh phúc
Bộ môn: Công nghệ kỹ thuật Nhiệt
PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho giảng viên phản biện)
Họ và tên sinh viên
(1) Nguyễn Quốc Huy
MSSV:19147109
Hội đồng: 1
Họ và tên sinh viên
(2) Lê Đức Minh Hoàng
MSSV:19147104
Hội đồng: 1
Họ và tên sinh viên
(3) Cáp Hoàng Sinh
MSSV:19147020
Hội đồng: 1
Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo và thực nghiệm thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống sử dụng mơi
chất CO 2 cho hệ thống điều hịa khơng khí.
Ngành đào tạo: Cơng nghệ kỹ thuật nhiệt
Họ và tên GV phản biện: ThS. Nguyễn Lê Hồng Sơn
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:
.........................................................................................................................................................................................................
.........................................................................................................................................................................................................
.........................................................................................................................................................................................................
2. Nội dung đồ án:
(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)
.........................................................................................................................................................................................................
.........................................................................................................................................................................................................
.........................................................................................................................................................................................................
.........................................................................................................................................................................................................
3. Kết quả đạt được:
.........................................................................................................................................................................................................
.........................................................................................................................................................................................................
.........................................................................................................................................................................................................
.........................................................................................................................................................................................................
4. Những thiếu sót và tồn tại của ĐATN:
.........................................................................................................................................................................................................
.........................................................................................................................................................................................................
.........................................................................................................................................................................................................
.........................................................................................................................................................................................................
.........................................................................................................................................................................................................
.........................................................................................................................................................................................................
.........................................................................................................................................................................................................
.........................................................................................................................................................................................................
5. Câu hỏi:
.......................................................................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................................................................
6. Đánh giá:
1.
2.
Điểm
tối đa
Mục đánh giá
TT
Hình thức và kết cấu ĐATN
Điểm đạt
được
30
Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục
10
Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài
10
Tính cấp thiết của đề tài
10
Nội dung ĐATN
50
Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa
học xã hội…
5
Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá
10
Khả năng thiết kế, chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình
đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế.
15
Khả năng cải tiến và phát triển
15
Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành…
5
3.
Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài
10
4.
Sản phẩm cụ thể của ĐATN
10
Tổng điểm
100
7. Kết luận:
Được phép bảo vệ
Không được phép bảo vệ
TP.HCM, ngày 19 tháng 02 năm 2023
Giảng viên phản biện
(Ký, ghi rõ họ tên)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO
Độc lập - Tự do – Hạnh phúc
Bộ môn: Công nghệ kỹ thuật Nhiệt
XÁC NHẬN HOÀN THÀNH ĐỒ ÁN
Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo và thực nghiệm thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống sử dụng
môi chất CO2 cho hệ thống điều hịa khơng khí
Họ và tên Sinh viên: 1. Nguyễn Quốc Huy
MSSV: 19147109
2. Lê Đức Minh Hoàng
19147104
3. Cáp Hồng Sinh
19147020
Ngành: Cơng nghệ kỹ thuật nhiệt
Sau khi tiếp thu và điều chỉnh theo góp ý của Giảng viên hướng dẫn, Giảng viên phản
biện và các thành viên trong Hội đồng bảo vệ. Đồ án tốt nghiệp đã được hồn chỉnh đúng
theo u cầu về nội dung và hình thức.
Chủ tịch hội đồng .........................................................................................................................
........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................
Giảng viên hướng dẫn .................................................................................................................
........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................
Giảng viên phản biện ...................................................................................................................
........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 19 tháng 02 năm 2023
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................................... 1
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .............................................................. 2
DANH MỤC HÌNH ..................................................................................................................... 5
DANH MỤC BẢNG.................................................................................................................... 8
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ...................................................................................................... 9
1.1. Lý do chọn đề tài .............................................................................................................. 9
1.2. Tổng quan về tình hình nghiên cứu.............................................................................. 10
1.2.1. Nghiên cứu ngoài nước .......................................................................................... 10
1.2.2. Nghiên cứu trong nước .......................................................................................... 11
1.3. Tính cấp thiết của đề tài................................................................................................. 11
1.4. Mục tiêu đề tài ................................................................................................................ 12
1.5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................................................................................ 13
1.6. Phương pháp thực hiện .................................................................................................. 13
1.7. Nội dung nghiên cứu ...................................................................................................... 13
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ........................................................................................ 14
2.1. Tổng quan về môi chất lạnh CO2. ................................................................................ 14
2.1.1. Giới thiệu môi chất CO2. ....................................................................................... 14
2.1.2. Quy trình chế tạo CO2 rắn ..................................................................................... 16
2.1.3. Quá trình bay hơi của CO2 rắn .............................................................................. 17
2.2. Thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống............................................................................ 17
2.3. Tính tốn lý thuyết chu trình ......................................................................................... 18
2.3.1. Thơng số tính tốn đầu vào ................................................................................... 18
2.3.2. Các thông số làm việc của hệ thống điều hịa khơng khí................................... 19
2.3.2.1. Nhiệt độ bay hơi của môi chất lạnh, t0.......................................................... 19
2.3.2.2. Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất lạnh, tk ....................................................... 19
2.3.2.3. Độ quá lạnh, △tql ............................................................................................. 19
2.3.2.4. Độ quá nhiệt, △tqn ........................................................................................... 20
2.3.3. Tính tốn các thơng số điểm nút........................................................................... 20
2.3.4. Tính tốn thiết kế thiết bị ngưng tụ ...................................................................... 23
2.3.5. Thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống lồng ống: ............................................. 30
CHƯƠNG 3: CHẾ TẠO MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM ........................................................ 32
3.1. Thiết kế thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống.............................................................. 32
3.1.1. Bố trí thiết bị và đường ống của mơ hình ............................................................ 32
3.1.2. Sơ đồ ngun lý của hệ thống thực nghiệm ........................................................ 39
3.1.3. Bản vẽ chế tạo ......................................................................................................... 40
3.2. Thiết kế bình nạp mơi chất CO2 rắn............................................................................. 42
3.2.1. Bố trí thiết bị............................................................................................................ 42
3.2.2. Chuẩn bị vật liệu ..................................................................................................... 43
3.3. Quy trình chế tạo thiết bị ngưng tụ............................................................................... 43
3.3.1. Lưu đồ quy trình chế tạo ........................................................................................ 43
3.3.2. Chuẩn bị dụng cụ .................................................................................................... 45
3.3.3. Chuẩn bị vật liệu ..................................................................................................... 45
3.3.3.1. Cắt sắt ............................................................................................................... 47
3.3.3.2. Cắt tôn............................................................................................................... 52
3.3.3.3. Hàn sắt .............................................................................................................. 57
3.3.3.4. Hàn ống đồng................................................................................................... 61
3.3.3.5. Lắp đặt thiết bị cho thiết bị ngưng tụ ............................................................ 63
3.3.3.6. Lắp đặt thiết bị thiết bị cho quạt giải nhiệt .................................................. 71
3.4. Nạp môi chất CO2 rắn cho hệ thống............................................................................. 77
3.5. Quy trình vận hành và kiểm tra hệ thống .................................................................... 80
3.5.1. Quy trình kiểm tra................................................................................................... 80
3.5.2. Quy trình vận hành ................................................................................................. 81
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM............................................................................ 84
4.1. Phương pháp thực nghiệm............................................................................................. 84
4.2. Kết quả thực nghiệm ...................................................................................................... 84
4.2.1. Thông số điểm nút thực nghiệm ........................................................................... 84
4.2.2. Tính tốn nhiệt ........................................................................................................ 85
4.2.3. Đồ thị kết quả vận hành ......................................................................................... 88
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................... 92
5.1. Kết luận............................................................................................................................ 92
5.2. Kiến nghị ......................................................................................................................... 92
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................................... 93
PHỤ LỤC .................................................................................................................................... 94
LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên nhóm chúng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy TS. Đoàn Minh Hùng. Mặc
dù thời gian có hạn nhưng Thầy đã truyền đạt tồn bộ những kinh nghiệm cũng như những
kiến thức quý báu để nhóm có thể hồn thành Đồ án tốt nghiệp với đề tài “Nghiên cứu chế
tạo và thực nghiệm thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống sử dụng môi chất CO2 cho hệ thống
điều hịa khơng khí” một cách tốt nhất.
Bên cạnh sự hướng dẫn của Thầy TS. Đoàn Minh Hùng, nhóm cũng xin gửi lời cảm ơn
chân thành đến các Thầy/Cô trong Bộ môn Công nghệ Nhiệt – Điện lạnh cũng đã góp ý và
hướng dẫn nhóm những kiến thức chuyên ngành cũng như những kỹ năng, thái độ và định
hướng phát triển để trở thành một kỹ sư tương lai sau khi ra trường.
Ngồi ra, nhóm cũng xin gửi lời cảm ơn đến Bộ môn Nhiệt – Điện lạnh đã tạo điều kiện
thuận lợi cho nhóm được sử dụng các trang thiết bị tại xưởng để có thể hoàn thành đồ án
này.
Và chân thành cảm ơn tất cả những thành viên của nhóm đã cùng đồng hành từ những
ngày đầu thực hiện cho đến khi đồ án được hồn thành.
Một lần nữa nhóm xin gửi lời tri ân và lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy TS. Đoàn Minh Hùng
đã bỏ thời gian để hướng dẫn tận tình và giúp đỡ nhóm từ những thứ nhỏ nhặt để đồ án
được hoàn thành một cách chỉn chu nhất có thể.
1
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
I. Ký hiệu viết tắt
CB
Circuit Breaker hay Aptomat.
g
Giờ.
TBBH
Thiết bị bay hơi.
TBNT
Thiết bị ngưng tụ.
II. Ký hiệu khoa học
cp
Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp, kJ/kgK.
COP
Hệ số làm lạnh.
d
Đường kính trong ống, m.
D
Đường kính ngồi ống, m.
g
Gia tốc trọng trường, m/s2.
G CO2
Lưu lượng mơi chất tuần hồn, kg/s.
h
Enthapy, kJ/kg.
k
Hệ số truyền nhiệt, W/m2K.
l
Cơng nén riêng, kJ/kg.
L
Cơng nén lý thuyết, kW.
Ne
Cơng nén hữu ích, W.
Nu
Tiêu chuẩn Nusselt.
Nel
Công suất tiếp địa, kW.
q0
Năng suất lạnh riêng, kJ/kg.
2
Q0
Năng suất lạnh, W.
qk
Năng suất nhiệt riêng, kJ/kg.
Qk
Năng suất tải nhiệt, W.
F
Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt, m2 .
p
Áp suất, bar.
R
Bán kính cong của ống xoắn, m.
r
Nhiệt ẩn hóa hơi, kJ/kg.
t
Nhiệt độ , ℃.
III. Ký tự Hy Lạp
η
Hiệu suất.
𝜀𝑅
Hệ số ảnh hưởng của ống cong.
△T
Độ chênh nhiệt độ, ℃.
λ
Hệ số dẫn nhiệt, W/mK.
φ
Độ ẩm, %.
𝑣
Độ nhớt động học, m2/s.
𝛼
Hệ số tỏa nhiệt đối lưu, W/m2K.
𝛿
Độ dày, m.
𝜀
Tỷ số nén.
𝜇
Độ nhớt động lực học, Pa.s.
𝜌
Khối lượng riêng, kg/m3.
𝜔
Tốc độ, m/s.
3
IV. Ký hiệu dưới chân
0
sơi.
b
phịng.
e
nén hữu ích.
el
động cơ
k
ngưng tụ.
mt
mơi trường.
N
ngồi trời.
ng
ngưng.
ql
quá lạnh.
qn
quá nhiệt.
s
đọng sương.
ư
ướt.
v
vách.
4
DANH MỤC HÌNH
Hình 2. 1 Giản đồ pha của CO2 ................................................................................................ 15
Hình 2. 2 Cấu tạo thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống ......................................................... 18
Hình 2. 3 Đồ thị p – h của chu trình lạnh CO2........................................................................ 20
Hình 3. 1 Bố trí máy nén và bơm giải nhiệt............................................................................ 32
Hình 3. 2 Bố trí thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống............................................................. 33
Hình 3. 3 Bố trí van tiết lưu ...................................................................................................... 33
Hình 3. 4 Bố trí mặt trước của hệ thống.................................................................................. 34
Hình 3. 5 Bố trí mặt sau của hệ thống ..................................................................................... 35
Hình 3. 6 Sơ đồ bố trí thiết bị đo của hệ thống thực nghiệm ................................................ 35
Hình 3. 7 Vị trí lấy nhiệt độ nước vào TBNT......................................................................... 36
Hình 3. 8 Vị trí lấy nhiệt độ nước ra TBNT............................................................................ 36
Hình 3. 9 Bố trí vị trí lấy nhiệt độ đầu hút cùng với áp suất hút và áp suất đẩy ................ 37
Hình 3. 10 Bố trí vị trí lấy nhiệt độ và áp suất trước van tiết lưu ........................................ 37
Hình 3. 11 Bố trí vị trí lấy nhiệt độ và áp suất sau van tiết lưu ............................................ 38
Hình 3. 12 Bố trí vị trí lấy nhiệt độ đầu đẩy ........................................................................... 38
Hình 3. 13 Sơ đồ nguyên lý hệ thống thực nghiệm ............................................................... 39
Hình 3. 14 Bản vẽ gia cơng cắt sắt cho khung TBNT ........................................................... 40
Hình 3. 15 Bản vẽ gia cơng hàn sắt cho khung TBNT .......................................................... 40
Hình 3. 16 Bản vẽ gia công tôn dầu ốp các mặt của khung TBNT...................................... 41
Hình 3. 17 Bản vẽ gia cơng hộp đồng hồ ................................................................................ 41
Hình 3. 18 Bố trí bình nạp mơi chất trên khung giá đỡ ......................................................... 42
Hình 3. 19 Lưu đồ quy trình chế tạo TBNT............................................................................ 44
Hình 3. 20 Bản vẽ chú thích gia cơng khung sắt TBNT ....................................................... 47
Hình 3. 21 Bản vẽ chú thích gia cơng khung sắt TBNT (thanh V lỗ) ................................. 49
Hình 3. 22 Bản vẽ chú thích gia cơng khung sắt TBNT (thanh ti ren) ................................ 51
Hình 3. 23 Bản vẽ chú thích gia cơng tấm ốp của khung sắt TBNT ................................... 52
5
Hình 3. 24 Vị trí bắn bản lề....................................................................................................... 55
Hình 3. 25 Các vị trí cần khoan lỗ trên tấm tơn dầu .............................................................. 56
Hình 3. 26 Các vị trí cần cắt trên tấm tơn dầu ........................................................................ 56
Hình 3. 27 Các vị trí cần gị trên tấm tơn dầu......................................................................... 57
Hình 3. 28 Hàn cáp lấy tín hiệu đầu hút.................................................................................. 61
Hình 3. 29 Hàn cáp lấy tín hiệu đầu đẩy ................................................................................. 62
Hình 3. 30 Hàn cáp lấy tín hiệu trước van tiết lưu ................................................................. 62
Hình 3. 31 Hàn cáp lấy tín hiệu sau van tiết lưu (đã bọc cách nhiệt) .................................. 63
Hình 3. 32 Máy nén đặt trên khung ......................................................................................... 64
Hình 3. 33 Cố định các thanh ty dài......................................................................................... 65
Hình 3. 34 Uốn cuộn ống lồng ống quanh hình trụ trịn ....................................................... 66
Hình 3. 35 Gắn tee và ống giảm ............................................................................................... 67
Hình 3. 36 Kết nối van 3 ngã phía sau thiết bị ....................................................................... 68
Hình 3. 37 Kết nối bơm 2 vào đường nước vào của thiết bị................................................. 69
Hình 3. 38 Cố định máng điện nhựa và thanh sắt V lỗ.......................................................... 70
Hình 3. 39 Quạt giải nhiệt hãng Sunhouse.............................................................................. 71
Hình 3. 40 Vị trí đặt bơm số 1 bên trong thùng nước của quạt giải nhiệt........................... 72
Hình 3. 41 Vị trí đặt bơm số 2 bên cạnh TBNT ..................................................................... 72
Hình 3. 42 Lắp đặt van phao cấp nước tự động...................................................................... 73
Hình 3. 43 Vị trí cắt ơ hình chữ nhật sau quạt........................................................................ 74
Hình 3. 44 Sơ đồ mạch điện hệ thống...................................................................................... 75
Hình 3. 45 Mạch điều khiển sau khi lắp đặt ........................................................................... 76
Hình 3. 46 Lưu đồ quá trình nạp CO2 rắn cho hệ thống........................................................ 77
Hình 3. 47 Đưa CO2 rắn vào bình. ........................................................................................... 78
Hình 3. 48 Siết bulong nắp vỏ .................................................................................................. 79
Hình 3. 49 Tiến hành nạp CO2 rắn cho hệ thống ................................................................... 80
Hình 4. 1 Đồ thị p-h của chu trình ........................................................................................... 84
6
Hình 4. 2 Sự thay đổi nhiệt độ nước vào và nhiệt độ môi chất ra TBNT theo thời gian .. 88
Hình 4. 3 Sự thay đổi của nhiệt độ mơi trường theo thời gian ............................................. 89
Hình 4. 4 Độ chênh nhiệt độ giữa nước vào và môi chất ra khỏi TBNT theo thời gian ... 90
Hình 4. 5 Sự biến thiên COP với nhiệt độ khơng khí vào khác nhau (3 hàng ống)........... 91
Hình 5. 1 Tính chất vật lý của CO2 ở trạng thái lỏng và hơi trên đường bão hòa.............. 94
7
DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1 Thông số điểm nút của chu trình lạnh CO2 ............................................................ 20
Bảng 3. 1 Vật liệu cho bình nạp CO2 rắn ................................................................................ 43
Bảng 3. 2 Các dụng cụ cần chuẩn bị........................................................................................ 45
Bảng 3. 3 Vật liệu cho TBNT ................................................................................................... 45
Bảng 3. 4 Vật liệu cho Quạt giải nhiệt..................................................................................... 46
Bảng 3. 5 Vật liệu cho hệ thống điện....................................................................................... 47
Bảng 3. 6 Chi tiết kích thước thanh sắt vng cần cắt .......................................................... 48
Bảng 3. 7 Chi tiết kích thước thanh V lỗ cần cắt ................................................................... 50
Bảng 3. 8 Chi tiết kích thước thanh ty ren cần cắt ................................................................. 52
Bảng 3. 9 Chi tiết kích thước tấm tơn cần cắt......................................................................... 53
Bảng 3. 10 Chi tiết các bước hàn khung của thiết bị ngưng tụ............................................. 58
Bảng 4. 1 Thông số trạng thái các điểm nút thực nghiệm của hệ thống ............................. 85
8
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Lý do chọn đề tài
Vấn đề về sử dụng năng lượng hiệu quả đang được hơn tâm hơn bao giờ hết, lý do là
khi sử dụng hiệu quả sẽ tiết kiệm được năng lượng dẫn đến giảm đi lượng tiêu hao nhiên
liệu đáng kể và đồng thời cũng giúp giảm những tác động xấu đến môi trường. Với riêng
lĩnh vực này không thể không kể đến các hệ thống lò hơi, mạng nhiệt, các động cơ đốt
trong… đặc biệt là các hệ thống lạnh công nghiệp và dân dụng – một trong những hệ thống
có tiềm năng tiết kiệm và cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng rất cao. Hiện nay, đối với
các hệ thống điều hịa khơng khí hầu như đều sử dụng các loại môi chất CFC, HFC hoặc
HCFC, những loại môi chất này đã gây ra việc suy giảm tầng ozone và sự biến đổi khí hậu
trên tồn cầu. Với nhu cầu giảm thiểu những tác động xấu đến môi trường và hành tinh
xanh thì mơi chất CO2 hay R744 là một trong những ứng cử viên hàng đầu cho việc thay
thế những môi chất đang được sử dụng rộng rãi hiện nay. Cùng với chỉ số GWP = 1 và
ODP = 0 đã cho thấy sử dụng môi chất CO2 làm môi chất lạnh là một trong những xu
hướng thay thế các môi chất cũ trong tương lai.
Mặc dù khi sử dụng môi chất CO2 làm môi chất lạnh cho hệ thống lạnh sẽ đem lại nhiều
sự tích cực cho mơi trường nhưng bên cạnh đó phải có thiết bị phù hợp để sử dụng cho loại
môi chất này và một trong những thiết bị chính của hệ thống lạnh đó là thiết bị ngưng tụ.
Nhận thấy được điều này nên nhóm đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu chế tạo và thực nghiệm
thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống sử dụng mơi chất CO2 cho hệ thống điều hịa khơng
khí” nhằm mục đích chế tạo thiết bị ngưng tụ sử dụng cho môi chất CO2 . Sản phẩm là giải
pháp cho việc đưa môi chất CO2 hoạt động ở trạng thái dưới tới hạn giống như các môi
chất thông thường.
Với đề tài này, nhóm báo cáo về phương pháp nghiên cứu, tính tốn, quy trình chế tạo
thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống dùng môi chất CO2 với các vật liệu và dụng cụ đảm
bảo an toàn cho cả con người và môi trường.
9
1.2. Tổng quan về tình hình nghiên cứu
1.2.1. Nghiên cứu ngồi nước
K.M. Tsamos cùng những cơng sự đã nghiên cứu bộ làm mát cho CO2 bằng khơng khí
với hai thiết kế khác nhau (2 hàng ống và 3 hàng ống) khi được lắp đặt riêng biệt và tích
vào hệ thống lạnh. Nghiên cứu đã chỉ ra mơ hình thực nghiệm thiết bị trao đổi nhiệt đã dự
đốn chính xác thơng số tính tốn lý thuyết với sai số chỉ khồng 7% và điều kiện vận hành
ở áp suất đẩy là 76 bar, lưu lượng môi chất là 0.004 kg/s, nhiệt độ khơng khí vào là 27℃,
cơng suất quạt đạt 60% tương ứng với 2400 l/s của tổng công suất. Kết quả chỉ ra rằng thiết
kế bộ làm mát 3 hàng ống đạt hiệu suất cao hơn thiết kế 2 hàng ống ở điều kiện vận hành
và giá trị COP cao nhất là xấp xỉ 2.6. Trong một nghiên cứu khác về hiệu quả năng lượng
của hệ thống điều hòa CO2 hoạt động ở điều kiện siêu tới hạn, R. Cabello và cộng sự đã
thực nghiệm và đưa ra áp suất giải nhiệt bằng khí tối ưu phụ thuộc vào nhiệt độ đầu ra của
mơi chất lạnh giải nhiệt gió cũng như nhiệt độ bay hơi.
Bên cạnh đó thì cũng có nhiều nghiên cứu về hệ thống lạnh ghép tầng với thiết bị
ngưng tụ kiểu ống lồng ống với môi chất CO2 ở tầng thấp và một môi chất khác ở tầng cao
hoặc ngược laị. Đơn cử như Lee và cộng sự đã nghiên cứu phân tích về nhiệt động lực học
của thiết bị ngưng tụ ở nhiệt độ ngưng tụ được tối ưu trong hệ thống lạnh ghép tầng
CO2/NH3 . Với các thơng số thiết kế thì kết quả cho thấy nhiệt độ ngưng tụ và COP sẽ phụ
thuộc vào TC, TE và △T. Nhiệt độ ngưng tụ tăng theo TC, TE và △T còn COP sẽ tăng theo
TE ngược lại sẽ giảm khi △T và TC tăng lên.
Ngoài ra, Ma và công sự cũng đã nghiên cứu về hệ thống lạnh ghép tầng CO2/ NH3
nhưng sử dụng thiết bị ngưng tụ dạng màng. Kết quả nghiên cứu các thông số nhiệt động
cho thấy hệ số COP đạt tối đa thì tỷ lệ phân bố của độ dẫn nhiệt sẽ bị chi phối bởi hệ số
hiệu suất của thiết bị ngưng tụ và thiết bị bay hơi. Tiếp đó, khi Shao và Zhang đã nghiên
cứu về quá trình biến đổi nhiệt động của chu trình CO2 ở dưới tới hạn và siêu tới hạn. Kết
quả cho thấy chu trình CO2 dưới tới hạn chuyển đổi đặc tính tốt hơn chu trình CO2 trên tới
hạn.
10
1.2.2. Nghiên cứu trong nước
Trong những năm qua, khi nhận thấy được tiềm năng CO2 sẽ trở thành xu hướng của
môi chất lạnh trong tương lai, ở Việt Nam đã bắt đầu có khá nhiều những cơng trình nghiên
cứu về môi chất lạnh CO2 cũng như những thiết bị liên quan trong hệ thống điều hịa khơng
khí.
Trong một nghiên cứu về hệ thống điều hịa khơng khí CO2 với bộ trao đổi nhiệt bằng
đồng, PGS. TS Đặng Thành Trung và những đồng nghiệp đã thực nghiệm hệ thống ra chỉ
ra rằng máy nén truyền thống không phù hợp để sử dụng ở áp suất cao do COP rất thấp
khoảng 0.5 và chỉ có máy nén khí CO2 mới đáp ứng được vì có COP cao khoảng 3.07
tương đương với hệ thống điều hịa khơng khí hiện tại.
Ngồi ra, Giang cũng những cộng sự của mình đã nghiên cứu thực nghiệm hệ thống
máy lạnh ghép tầng sử dụng môi chất CO2 ở tầng thấp và R32 ở tầng cao với thiết bị ngưng
tụ kiểu ống lồng ống đã chỉ ra rằng với thơng số thiết kế thì ở áp suất nén của CO2 là
41 bar thì nhiệt độ phịng là -28℃ tốt hơn nhiệt độ yêu cầu đặt ra là -26℃. Cũng trong một
nghiên cứu tương tự nhưng môi chất lạnh ở tầng cao là R134a, Đôn cùng những cộng sự
cũng đã nghiên cứu và thực nghiệm hệ thống lạnh ghép tầng và chỉ ra được những ưu và
nhược điểm của hệ thống.
1.3. Tính cấp thiết của đề tài
Với việc đã cấm cũng như ban hành lộ trình hạn chế sử dụng các loại môi chất truyền
thống cho hệ thống lạnh như R12, R22, R410a…đã thơi thúc phải tìm kiếm một mơi chất
lạnh có thể thay thế được cho các loại mơi chất trên và cịn phải bảo vệ mơi trường. Với
các chỉ số GWP và ODP ở mức rất thấp thì mơi chất CO2 hay R744 là một trong những
ứng cử viên tiềm năng, hứa hẹn trở thành một môi chất lạnh trong tương lai thân thiện và
bảo vệ môi trường. Mặc dù với những lợi thế và ưu điểm vượt trội so với những loại môi
chất truyền thống nhưng CO2 cũng có nhược điểm nhất định đó là hoạt động ở dãy áp suất
cao trên tới hạn ở nhiệt độ môi trường, điều này dẫn đến việc những thiết bị hiện tại dùng
11
