tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật NGHIÊN cứu về TRAO đổi NHIỆT và KHỐI LƯỢNG GIỮA các PHA TRONG các QUÁ TRÌNH TRUYỀN SÓNG TRONG một số hỗn hợp CHẤT LỎNG CHỨA bọt

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
******
BÁO CÁO TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU VỀ TRAO ĐỔI NHIỆT VÀ KHỐI
LƯỢNG GIỮA CÁC PHA TRONG CÁC QUÁ
TRÌNH TRUYỀN SÓNG TRONG MỘT SỐ HỖN
HỢP CHẤT LỎNG CHỨA BỌT
Học Viên: Nguyễn Thị Thu Hằng
Lớp: CHK11 CTM
Chuyên ngành: Công nghệ Chế tạo máy
HDKH: PGS.TS. Nguyễn Văn Tuấn


THÁI NGUYÊN – 2010
-1-
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
******
BÁO CÁO TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU VỀ TRAO ĐỔI NHIỆT VÀ KHỐI
LƯỢNG GIỮA CÁC PHA TRONG CÁC QUÁ
TRÌNH TRUYỀN SÓNG TRONG MỘT SỐ HỖN
HỢP CHẤT LỎNG CHỨA BỌT
Học Viên: Nguyễn Thị Thu Hằng
Lớp: CHK11 CTM
Chuyên ngành: Công nghệ Chế tạo máy
HDKH: PGS.TS. Nguyễn Văn Tuấn
HƯỚNG DẪN KHOA HỌC HỌC VIÊN

PGS.TS. Nguyễn Văn Tuấn Nguyễn Thị Thu Hằng
THÁI NGUYÊN – 2010
-2-
1. Tính cấp thiết của đề tài
Môi trường hai pha lỏng – khí thường tồn tại ở dạng hỗn
hợp chất lỏng chứa bọt khí hòa tan ngưng tụ hoặc không
hòa tan không ngưng tụ. Hỗn hợp dạng này có tính chất
đặc biệt, đó là có sự kết hợp của các tính chất phi tuyến
vật lý mạnh, phân tán và hao tán năng lượng, nên biểu
đồ mô tả các sóng có thể có nhiều dạng. Do hỗn hợp có
tính chất đặc biệt như trên, đồng thời hỗn hợp lại xuất
hiện rất nhiều trong các lĩnh vực công nghiệp năng
lượng, công nghệ hoá học, và các quá trình tự nhiên
cho nên, sự hiểu biết về các hiện tượng và những hiệu
ứng bất thường có thể xuất hiện khi sóng áp suất lan
truyền qua chất lỏng chứa bọt hơi như quá trao đổi nhiệt
và khối lượng giữa các pha là rất cần thiết. Từ đó để giải
quyết hàng loạt các bài toán thực tế, như để phân tích
các chế độ làm việc quá độ của các thiết bị năng lượng,
phân tích tình huống hư hỏng và đảm bảo an toàn khi
khai thác của các nhà máy điện nguyên tử, phân tích các
hiện tượng xâm thực trong các máy tuốc bin
2. Ý nghĩa của đề tài
Kết quả của luận văn có thể được sử dụng để để giảng
dạy và kiểm định các thí nghiệm tại các trung tâm thí
nghiệm cao của trường của các bộ môn hoặc các phòng
thí nghiệm khác về các vấn đề liên quan tới thủy - khí
động lực học dòng chảy và động lực học môi trường

nhiều pha
-1-
Chương 1:
TỔNG QUAN
1.1 THỰC TRẠNG CỦA VẤN ĐỀ
Môi trường hai pha lỏng- khí thường tồn tại ở
dạng hỗn hợp chất lỏng chứa bọt khí hoà tan ngưng tụ
hoặc không hoà tan không ngưng tụ. Hỗn hợp dạng này
có tính chất đặc biệt, đó là sự kết hợp của các tính chất
phi tuyến vật lý mạnh, phân tán và hao tán năng lượng,
Do hỗn hợp có tính chất đặc biệt như trên, đồng thời
hỗn hợp lại xuất hiện nhiều trong các lĩnh vực công
nghiệp… cho nên sự hiểu biết về các hiện tượng và
những hiệu ứng bất thường có thể xuất hiện khi sóng áp
suất lan truyền qua chất lỏng chứa bọt hơi như quá trình
tương tác pha, quá trình trao đổi nhiệt và khối lượng
giữa các pha là rất cần thiết để giải quyết một loạt các
bài toán thực tế như để phân tích chế độ làm việc quá độ
của các thiết bị năng lượng, trong các hệ thống truyền
dẫn thuỷ lực… Dẫn đến sự cấp thiết của việc nghiên
cứu thuỷ động lực học về các quá trính sóng trong môi
trường có bọt,
1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC
Trong công trình [18], các tác giả đã quan tâm ,
nghiên cứu tới quá trình trao đổi nhiệt và khối lượng
giữa các pha khi có sóng xung kích lan truyền trong hỗn
hợp và trường hợp phản xạ của sóng bởi tường cứng. Đã
chỉ ra được sụ ảnh hưởng của nó lên các quá trình lan
truyền của sóng trong hỗn hợp hai pha
-2-

CHƯƠNG II
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 HỆ PHƯƠNG TRÌNH THUỶ- NHIỆT ĐỘNG LỰC
HỌC CHO MÔI TRƯỜNG HAI PHA LỎNG- HƠI
2.1.1 Xây dựng mô hình
Ở trong khuôn khổ luận văn này sử dụng hai mô
hình để nghiên cúu :
• Mô hình sóng xung kích lan truyền trong hỗn
hợp chứa trong ống không có van đóng
• Mô hình tồn tai hai sóng xung kích tác động
vào hỗn hợp, lan truyền trong hỗn hợp,
tương tác nhau và lan truyền ngược nhau ra
Nghiên cứu, phân tích và đánh giá quá trình trao
đổi nhiệt và khối lượng giữa các pha trong các quá trình
lan truyền và quá trình tương tác sóng trong hai mô hình
trên
2.1.2. Hệ phương trình cơ sở.
Giải số hệ phương trình thủy – nhiệt động lực học
trên với các điều kiện đầu và điều kiện biên sau:
p
p
p
-3-
Mô hình 1:
Xét trường hợp lan truyền của sóng xung kích:
;;;
2
;:0
02100201
TTTRR

R
ppppt ===+===
σ
021
;0;0
ρρ
σσ
==== wwv
)(:0 tpp
b
==
ξ
0
: pp =∞=
ξ

Mô hình 2:
Quá trình tương tác của sóng:
;;;
2
;:0
02100201
TTTRR
R
ppppt ===+===
σ
021
;0;0
ρρ
σσ

==== wwv
)(:
);(:0
tpp
tpp
l
b
=∞=
==
ξ
ξ

trong đó
( )
tp
b
và
( )
tp
L
là các xung tam giác có thể
biểu diễn như sau
( )
( )
( ) ( )






<
≤≤−−+
<+
=
.
;1
;1
20
2122110
110
ttp
tttttbtbp
tttbp
tp
b
-4-
( )
( )
( ) ( )





<
≤≤−−+
<+
=
.
;1

;1
40
4344330
330
ttp
tttttbtbp
tttbp
tp
L

trong đó t
1
, t
2
, t
3
, t
4
được xác định bằng độ dài của xung
áp suất ban đầu; các hệ số không âm b
1
, b
2
, b
3
, b
4
là
cường độ của các xung áp suất
CHƯƠNG III:

MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ SỰ ẢNH
HƯỞNG CỦA ĐỘNG LỰC HỌC SÓNG LÊN QUÁ
TRÌNH TRAO ĐỔI NHIỆT VÀ KHỐI LƯỢNG
-5-
GIỮA CÁC PHA TRONG HỖN HỢP
3.1 QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI NHIỆT VÀ KHỐI
LƯỢNG GIỮA CÁC PHA KHI CÓ SÓNG XUNG
KÍCH LAN TRUYỀN TRONG HỖN HỢP.
3.1.1. QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI NHIỆT GIỮA CÁC
PHA TRONG MỘT SỐ HỖN HỢP LỎNG- HƠI.
3.1.1.1 Quá trình trao đổi nhiệt giữa các pha trong hỗn
hợp dầu thô chứa bọt hơi
+ Sự phụ thuộc vào cường độ ban đầu của sóng xung
kích.
Hình 3. 1: Quá trình truyền nhiệt xung quanh bọt từ
pha hơi sang pha lỏng khi xung áp suất lan truyền
trong hỗn hợp của dầu thô khi
∆
p
max
=2
-6-

Hình 3.2: Quá trình truyền nhiệt xung quanh bọt từ
pha hơi sang pha lỏng khi xung áp suất lan truyền
trong hỗn hợp của dầu thô khi
∆
p
max
= 2.5.

+ Sự phụ thuộc vào bán kính bọt.
Hình 3.3: Quá trình truyền nhiệt xung quanh bọt từ
pha hơi sang pha lỏng khi xung áp suất lan truyền
trong hỗn hợp của dầu thô khi R
0
= 0.001m
-7-

Hình 3.4: Quá trình truyền nhiệt xung quanh bọt từ
pha hơi sang pha lỏng khi xung áp suất lan truyền
trong hỗn hợp của dầu thô khi R
0
= 0.0012m.
+ Sự phụ thuộc vào thể tích pha hơi
Hình 3.5: Quá trình truyền nhiệt xung quanh bọt từ
pha hơi sang pha lỏng khi xung áp suất lan truyền
trong hỗn hợp của dầu thô khi
20
α
= 5%
-8-
Hình 3.6: Quá trình truyền nhiệt xung quanh bọt từ
pha hơi sang pha lỏng khi xung áp suất lan truyền
trong hỗn hợp của dầu thô khi
20
α
= 7%.
3.1.1.2 Quá trình trao đổi nhiệt giữa các pha trong hỗn
hợp Freon 21 chứa bọt hơi
Hình 3.13: Sự giảm nhiệt độ dọc theo ống xung kích khi

xung áp suất lan truyền trong các hỗn hợp lỏng- hơi của
nước, dầu thô, freon 21 và nitơ lỏng ứng với các đường
cong 1-
-9-
Hình 3.14: Sự giảm nhiệt độ xung quanh bọt khi xung
áp suất lan truyền trong các hỗn hợp lỏng- hơi của nước,
dầu thô, freon 21 và nitơ lỏng ứng với các đường cong
3.1.1.3. Nhận xét
3.1.2 QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI KHỐI LƯỢNG GIỮA
CÁC PHA KHI CÓ SÓNG XUNG KÍCH LAN
TRUYỀN TRONG HỖN HỢP.
3.1.2.1. Quá trình trao đổi khối lượng giữa các pha trong
hỗn hợp dầu thô chứa bọt hơi
+ Sự phụ thuộc vào cường độ ban đầu của sóng
xung kích
Hình 3. 15: Quá trình trao đổi khối luợng giữa các pha
khi cường độ của xung
∆
p
max
= 2
-10-

Hình 3. 16: Quá trình trao đổi khối luợng giữa các
pha trong khi cường độ của xung
∆
p
max
= 2.5
+Sự phụ thuộc vào bán kính bọt.

Hình 3. 17: Quá trình trao đổi khối luợng giữa các pha
khi R
0
= 0.0012m
-11-

Hình 3. 19: Quá trình trao đổi khối luợng giữa các pha
khi R
0
= 0.0015m
+ Sự phụ thuộc vào thể tích pha hơi

Hình 3. 21: Quá trình trao đổi khối luợng giữa các pha
khi
20
α
= 5%.
-12-
Hình 3. 22: Quá trình trao đổi khối luợng giữa các pha
khi
20
α
= 7%.
3.1.2.2. Quá trình trao đổi khối lượng giữa các pha trong
hỗn hợp Freon 21 chứa bọt hơi
3.1.2.3. Nhận xét
+ Sự phụ thuộc vào bán kính bọt.

Hình 3.36: Quá trình truyền nhiệt xung quanh bọt

từ pha hơi sang pha lỏng khi
∆
p
max
= 1.5, R
0
=
0.0012m
+Sự phụ thuộc vào thể tích pha hơi
-13-

Hình 3.37: Quá trình truyền nhiệt xung quanh bọt
từ pha hơi sang pha lỏng khi
∆
p
max
= 1.5, R
0
=
0.001m,
20
α
= 0.3%
3.2.1.2 Quá trình trao đổi nhiệt giữa các pha trong hỗn
hợp Freon 21 chứa bọt hơi
+ Sự phụ thuộc vào cường độ ban đầu của sóng xung
kích
+ Sự phụ thuộc vào bán kính bọt.
+Sự phụ thuộc vào thể tích pha hơi
3.2.1.3. Nhận xét

3.2.1.2 Quá trình trao đổi nhiệt giữa các pha trong hỗn
hợp Freon 21 chứa bọt hơi
+Sự phụ thuộc vào cường độ ban đầu của sóng xung
kích
+ Sự phụ thuộc vào bán kính bọt.
+Sự phụ thuộc vào thể tích pha hơi
3.2.1.3. Nhận xét
-14-
3.2.2 QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI KHỐI LƯỢNG GIỮA
CÁC PHA TRONG MỘT SỐ HỖN HỢP LỎNG-HƠI
3.2.2.1 Quá trình trao đổi khối lượng giữa các pha trong
hỗn hợp dầu thô chứa bọt hơi
+ Sự phụ thuộc vào cường độ ban đầu của sóng xung
kích
+ Sự phụ thuộc vào bán kính bọt.
+Sự phụ thuộc vào thể tích pha hơi
3.2.2.2 Quá trình trao đổi khối lượng 8giữa các pha
trong hỗn hợp Freon 21 chứa bọt hơi
+Sự phụ thuộc vào cường độ ban đầu của sóng xung
kích
+ Sự phụ thuộc vào bán kính bọt.
+Sự phụ thuộc vào thể tích pha hơi
3.2.1.3. Nhận xét
3.2.2 QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI KHỐI LƯỢNG GIỮA
CÁC PHA TRONG MỘT SỐ HỖN HỢP LỎNG-HƠI
3.2.2.1 Quá trình trao đổi khối lượng giữa các pha trong
hỗn hợp dầu thô chứa bọt hơi
+Sự phụ thuộc vào cường độ ban đầu của sóng xung
kích.
-15-

Hình 3.44: Quá trình trao đổi khối lượng giữa các pha
khi khi có tương giác giữa sóng ngắn và sóng ngắn
trong hỗn hợp dầu thô
∆
p
max
= 1.5, R
0
= 0.001m,

20
α
= 0.5%.

Hình 3.45: Quá trình trao đổi khối lượng giữa các
pha khi khi có tương tác giữa sóng ngắn và sóng
ngắn trong hỗn hợp dầu thô
∆
p
max
= 2, R
0
=
0.001m,
20
α
= 0.5%
+Sự phụ thuộc vào bán kính bọt
-16-

Hình 3.46: Quá trình trao đổi khối lượng giữa các pha
khi khi có tương giác giữa sóng ngắn và sóng ngắn
trong hỗn hợp dầu thô R
0
= 0.0012m,
∆
p
max
= 1.5,
20
α
= 0.5%.
+Sự phụ thuộc vào thể tích pha hơi.

Hình 3.47: Quá trình trao đổi khối lượng giữa các
pha khi khi có tương giác giữa sóng ngắn và sóng
ngắn trong hỗn hợp dầu thô khi
∆
p
max
= 1.5,R
0
=
0.001m,
20
α
= 0.7%
-17-
3.2.2.2 Quá trình trao đổi khối lượng giữa các pha trong

hỗn hợp Freon 21 chứa bọt hơi
+Sự phụ thuộc và cường độ sóng xung kích.
+Sự phụ thuộc vào bán kính bọt
+Sự phụ thuộc vào thể tích pha hơi.
3.2.2.3. Nhận xét:
CHƯƠNG IV
KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
4.1. KẾT LUẬN
Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu về quá trình
trao đổi nhiệt và khối lượng giữa các pha trong các quá
trình truyền sóng trong một số hỗn hợp chất lỏng chứa
bọt như: hỗn hợp của nước chứa bọt hơi, dầu thô chứa
bọt hơi, nitơ lỏng chứa bọt hơi và freon 21 chứa bọt
hơicó thể đưa ra một số kết luận sau:
4.1.1. Quá trình trao đổi nhiệt và khối lượng giữa các
pha khi có sóng xung kích lan truyền trong hỗn hợp
- Trường nhiệt độ của các lớp lỏng xung quanh
bọt giảm khi khoảng cách từ các lớp chất lỏng tới tâm
của bọt tăng.
- Quá trình trao đổi nhiệt và khối lượng giữa các
pha trong hỗn hợp phụ thuộc và tính chất vật lý nhiệt
-18-
của hỗn hợp. Đồng thời quá trình này giảm dần theo
chiều dài của ống.
- Quá trình trao đổi nhiệt và khối lượng giữa các
pha trong hỗn hợp phụ thuộc mạnh vào cường độ ban
đầu của sóng xung kích và vào nồng độ thể tích pha hơi
còn phụ thuộc yếu vào bán kính bọt .
- Khi sóng xung kích lan truyền trong hỗn hợp
lỏng – hơi thì cường độ của sóng bị giảm nên sự co nén

của bọt bị giảm dẫn đến sự trao đổi nhiệt và khối lượng
giữa các pha giảm. Từ các kết quả phân tích cho thấy
quá trình trao đổi nhiệt và khối lượng giữa các pha của
nước mạnh hơn của dầu thô, mạnh hơn Freon21và mạnh
hơn nhiều so với hỗn hợp của Nitơ lỏng.
4.1.2. Quá trình trao đổi nhiệt và khối lượng giữa các
pha khi có tương tác giữa các sóng trong một số hỗn
hợp lỏng- hơi.
Ngoài các kết luận đã được trình bày trong quá
trình lan truyền của sóng xung kích trong hỗn hợp, thì
trong quá trình tương tác sóng vấn đề trao đổi nhiệt và
khối lượng giữa các pha có thể kết luận như sau:
- Quá trình trao đổi nhiệt và khối lượng giữa các
pha trong các hỗn hợp lỏng- hơi của nước, dầu thô,
Freon 21 và nitơ lỏng tăng mạnh tại vùng xảy ra tương
tác sóng .
- Quá trình trao đổi nhiệt và khối lượng giữa các
pha trong quá trình tương tác sóng phụ thuộc mạnh vào
-19-
cường độ ban đầu của sóng xung kích và nồng độ thể
tích pha hơi còn phụ thuộc yếu vào bán kính bọt.
- Quá trình trao đổi nhiệt và khối lượng giữa các
pha trong quá trình tương tác sóng phụ thuộc mạnh vào
tính chất vật lý của hỗn hợp. Quá trình trao đổi nhiệt và
khối lượng giữa các pha trong hỗn hợp lỏng hơi của
nước mạnh hơn của dầu thô, mạnh hơn của Freon 21 và
mạnh hơn nhiều áo với hỗn hợp của Nitơ lỏng.
4.2 KIẾN NGHỊ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
Phân tích chế độ làm việc quá độ của các trạm
năng lượng, phân tích những điều kiện hư hỏng và đảm

bảo sự an toàn khi khai thác của các nhà máy điện
nguyên tử, sử dụng buồng bọt trong khảo sát các hạt cơ
bản, phân tích hiện tượng xâm thực trong các máy
tuôcbin, sử dụng để khai thác dầu mỏ, vận chuyển và
chế biến dầu khí… Đó cũng là những vấn đề có thể
nghiên cứu tiếp theo theo hướng luận văn này.
-20-
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt.
1. Kôsin N.E., Kiben I.A., Rôze N.V. (1975), Cơ
học chất lỏng lý thuyết, NXB KH & KT, tập
1,2,3, Hà Nội.
2. LanĐau L.D. & Lifsitx E.M. (2001), Thuỷ động
lực học, NXB KH & KT, Hà Nội.
3. Xê Đôp L.I (1977), Cơ học môi trường liên tục,
NXBĐH & THCN, Hà Nội
4. Dương Ngọc Hải (1987), “Sóng xung kích trong
hỗn hợp dị thể lỏng với chất khí hoặc hơi”, Tạp
chí Cơ học, 9(4), pp. 3-8.
5. Dương Ngọc Hải (1989), “ảnh hưởng của trao
đổi nhiệt - chất lên động lực học sóng của môi
trường hai pha”, Tạp chí Cơ học, 11(3), pp. 28-
-21-
32.
6. Dương Ngọc Hải (2001), “Năng lượng nguyên
tử - an toàn hạt nhân và một số vấn đề nhiệt thuỷ
học”, Tuyển tập hội nghị khoa học toàn quốc về
Cơ học kỹ thuật, HàNội, pp. 68 - 74.
7. Dương Ngọc Hải, Nguyễn Văn Tuấn (2002),
“Hiện tượng sóng va trong hỗn hợp lỏng - hơi”,

Tuyển tập công trình hội nghị Cơ học toàn quốc
lần thứ 7, Hà Nội, pp. 177 - 184 .
8. Dương Ngọc Hải, Nguyễn Văn Tuấn (2002),
“Sóng phản xạ bởi tường cứng và tương tác sóng
trong một số hỗn hợp lỏng - hơi”, Tuyển tập
Công trình Hội nghị Cơ học toàn quốc lần thứ 7,
Hà Nội, pp. 165 - 176.
9. Nguyễn Văn Tuấn, Dương Ngọc Hải (2006) “
Quá trình lan truyền và tương tác của các sóng
ngắn trong một số hỗn hợp lỏng-hơi” , Tuyển tập
công trình Hội nghị Cơ học Thủy khí Toàn quốc,
Vũng tàu , 26-28/7/2006 .pp.515-526.
Tiếng Anh
10. Duong Ngoc Hai and Nguyen Van Tuan (2002),
“Waves reflected by solid wall in the mixture of
liquid with vapour bubbles”, J. Mechanics Vol.
24, No. 3, pp. 167-180.
11. Duong Ngoc Hai, Nguyen Van Tuan (1999) ,
“Shock Waves in some Mixture of Liquid and
Gas of two Components”, Trainning-scientific
-22-
workshop French-Vietnamese, Ha Noi, pp. 79 –
86.
12. Elperin T. and Fominykh A. (1995), “Heat and
Mass Transfer During Gas Hydrate Formation in
Gas-Liquid Slug Flow”, Pro. of the 2nd Int.
Conf. on Multiphase Flow’95-Kyoto, Kyoto,
Japan, pp. IF2_15-IF2_22.
13. Fujii T. and Akagawa k. (1995), “Water
hammers phenomena in one-component two-

phase bubbly flow”, Proc. of the Int. Conf. on
Multiphase Flow’ 95, Kyoto, Japan, pp. 1 - 22.
14. Gasenko V.G. (1977), “The Structure of
Stasionary Shock Waves in Gas-Liquid Mixture
with Thermal Relaxation”, in: Thermophysical
Investigation, Institute of Thermophysics SD
Academy of Sciences of the USSR, Novosibirsk,
pp.42-46.
15. Gubaidulin A.A., Beregova O.Sh. and
Bekishev S.A. (1998), “Features of Non-
Stationary Shock Waves Propagation in Non-
Newtonian Liquid with Gas Bubbles”, Pro. of
Int. Conf. on Multiphase Flow, ICMF’98, Lyon,
France, from CD - ICMF, Sesion 3.2, Unit 249.
16. Kubie J. (2000), “Velocity of lony Bubbles in
Horizontally Oscillating Vertical Piper”, Int. J.
Multiphase Flow Vol. 26, pp. 339-349.
17. Kwidzinki R., Karda D. and Pribaturin N.A.
-23-