Nghiên cứu quá trình truyền nhiệt truyền chất trong bình hấp thụ của máy lạnh hấp thụ NH3 h2o loại liên tục phù hợp với điều kiện việt nam
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (8.75 MB, 205 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
NGUYỄN HIẾU NGHĨA
NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TRUYỀN NHIỆT-TRUYỀN CHẤT
TRONG BÌNH HẤP THỤ CỦA MÁY LẠNH HẤP THỤ
NH3-H2O LOẠI LIÊN TỤC PHÙ HỢP
VỚI ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
TP. HỒ CHÍ MINH NĂM 2017
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
NGUYỄN HIẾU NGHĨA
NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TRUYỀN NHIỆT-TRUYỀN CHẤT
TRONG BÌNH HẤP THỤ CỦA MÁY LẠNH HẤP THỤ
NH3-H2O LOẠI LIÊN TỤC PHÙ HỢP
VỚI ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM
Chuyên ngành:
Mã số chuyên ngành:
Kỹ thuật nhiệt
62520115
Phản biện độc lập 1: PGS.TS. Nguyễn Việt Dũng
Phản biện độc lập 2: PGS.TS. Võ Chí Chính
Phản biện 1: PGS.TS. Hồng Đình Tín
Phản biện 2: PGS.TS. Bùi Trung Thành
Phản biện 3: PGS.TS. Đặng Thành Trung
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
1. GS.TS. LÊ CHÍ HIỆP
2. PGS.TS. HỒNG AN QUỐC
LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả
nghiên cứu, các kết luận trong luận án này là trung thực, và không sao chép từ bất kỳ
một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu
có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.
Tác giả luận án
Nguyễn Hiếu Nghĩa
i
TĨM TẮT LUẬN ÁN
Trong máy lạnh hấp thụ, q trình hấp thụ là quan trọng nhất. Vì lý do này, các cấu trúc
của bộ hấp thụ và các quá trình truyền nhiệt-truyền chất trong bộ hấp thụ thu hút được
nhiều nhà khoa học trên thế giới đang tập trung nghiên cứu vào lĩnh vực này.
Nhằm mục đích phát triển ứng dụng các máy lạnh hấp thụ NH3-H2O tại Việt Nam, một
trong những hướng nghiên cứu mấu chốt là sự chọn lựa cấu trúc bộ hấp thụ với mong
muốn là sẽ chế tạo được tại Việt Nam mà không cần sự đầu tư công nghệ mới nào. Để
giải quyết vấn đề này, các quá trình truyền nhiệt-truyền chất xuất hiện giữa dung dịch
lỏng và hơi trong bộ hấp thụ dạng màng chảy sẽ được nghiên cứu lý thuyết và thực
nghiệm trong luận án này.
Nhằm mục đích thực hiện các thí nghiệm trên bộ hấp thụ đề xuất, một máy lạnh hấp thụ
hồn chỉnh được chế tạo có cơng suất lạnh khoảng 2 kW và được thiết kế để sản xuất
nước đá.
Mục tiêu chính của các thí nghiệm đề cập trên là để thiết lập mối quan hệ của hệ số
truyền nhiệt và hệ số truyền chất với các biến số cơ bản ảnh hưởng đến quá trình truyền
nhiệt-truyền chất của quá trình hấp thụ. Để làm được điều này, các mơ hình tốn có liện
quan đến q trình hấp thụ được phát triển. Dựa trên những mơ hình tốn này, các nghiên
cứu lý thuyết được thực hiện cho cả bộ hấp thụ và máy lạnh hấp thụ để giới hạn các
vùng làm việc mà tại đó các thí nghiệm sau này sẽ tập trung vào. Các kết quả cuối cùng
được thực hiện từ các thí nghiệm sau đó được dùng để kiểm tra lại với các mô phỏng đã
được xác minh từ những mơ hình tốn đã đề cập phía trên. Bên cạnh đó, hệ số truyền
nhiệt và hệ số truyền chất của nghiên cứu này còn được so sánh với các nghiên cứu có
liên quan đều cho thấy sự phù hợp với nhau.
Một chuỗi các thí nghiệm xác định nồng độ từ 29,5% tới 32,5% để tìm nồng độ dung
dịch nạp phù hợp. Các kết quả cho thấy nồng độ nạp phù hợp là 31% tương ứng với các
tính chất sau: hệ số hiệu quả COP = 0,436 và hệ số hiệu quả làm lạnh nước muối COPu
= 0,262, nhiệt độ trung bình của hơi NH3 rời khỏi bình phát sinh là t5 = 116,5 °C, Nồng
độ trung bình của dung dịch loãng và dung dịch đặc lần lượt là 29,14% và 34,11%.
ii
Nghiên cứu các ảnh hưởng của sự giảm nhiệt độ bay hơi của môi chất lạnh, sự tăng nhiệt
độ ngưng tụ của môi chất tăng, nhiệt độ hấp thụ dung dịch ra khỏi bình hấp thụ đến hiệu
suất máy lạnh hấp thụ cũng được thực hiện. Một chương trình mơ phỏng hoạt động của
máy lạnh hấp thụ được thiết lập, là sự kết hợp giữa tính tốn lý thuyết và đo đạc thực tế,
để kiểm tra và đánh giá lại dữ liệu thực nghiệm nhằm đảm bảo máy lạnh hấp thụ đang
hoạt động đúng theo thiết kế ban đầu. Các thông số đo đạc tại các điểm nút được đưa
vào chương trình mơ phỏng để xác định hiệu suất của máy lạnh hấp thụ COP và hiệu
suất làm lạnh nước muối COPu để chỉ ra chế độ vận hành phù hợp nhất cho mục đích
sản xuất nước đá. Khi nhiệt độ dung dịch nước muối từ -10 oC tới -19 oC, COP theo lý
thuyết so với thực nghiệm có sai số trung bình là 1,2%. Các kết quả dữ liệu mô phỏng
máy lạnh hấp thụ NH3-H2O một cấp trong phạm vi làm nước đá đã được so sánh với các
mô phỏng từ nhiều bài báo khoa học khác trên thế giới các kết quả mô phỏng đều tương
đồng. Mối tương quan của của nhiệt độ phát sinh tối ưu theo nhiệt độ bay hơi của môi
chất lạnh trong bộ bay hơi, nhiệt độ ngưng tụ của môi chất lạnh trong bình ngưng tụ và
nhiệt độ hấp thụ của dung dịch ra khỏi bộ hấp thụ được thiết lập.
Mơ hình tốn được phát triển cho bình hấp thụ kiểu màng chảy trên chùm ống trịn nằm
ngang xuất phát từ mơ hình tốn được phát triển cho phần tử thể tích ống kiểm tra. Phần
tử thể tích ống được đơn giản hố thành mơ hình vật lý 2 chiều theo nhiều nghiên cứu
trước. Ống giải nhiệt có đường kính 9,6 mm. Mật độ phân phối dung dịch lỗng thấp để
có được chế độ nhỏ giọt vào ống.
Các trường vận tốc, nhiệt độ, nồng độ và bề dày của lớp màng dung dịch thay đổi theo
điều kiện đầu vào của dung dịch loãng và nhiệt độ nước giải nhiệt chảy trong ống thể
hiện cho một phần tử thể tích ống đang xét. Chương trình mơ phỏng số được viết bằng
ngơn ngữ lập trình Matlab để giải hệ phương trình vi phân từng phần mơ tả hiện tượng
truyền nhiệt-truyền chất của q trình hấp thụ trên mơ hình vật lý 2 chiều. Miền khảo
sát là màng dung dịch chảy theo nửa chu vi ống. Hệ số tỏa nhiệt của lớp màng αiw, và
hệ số truyền nhiệt từ mặt tiếp xúc lỏng-hơi vào nước giải nhiệt chảy trong ống k theo
trục ε (x). Các hệ số này tăng ở ¼ đầu của nửa ống và giảm dần ở ¼ sau cho thấy tốc độ
hấp thụ giảm khi hệ số truyền nhiệt giảm. Hệ số truyền chất tăng vọt đến vị trí khi dịng
iii
dung dịch lỗng vừa tiếp xúc với ống. Sau đó, nó giảm nhanh rồi khá phẳng trước khi
ra khỏi ống.
Độ chính xác của mơ hình số của bình hấp thụ dạng màng chảy và thực nghiệm được so
sánh bởi nhiệt độ nước giải nhiệt vào và ra khỏi chùm ống; cơng suất nhiệt của bình hấp
thụ. Sai số giữa tính toán hệ thống Qa_compute so với kết quả thực nghiệm Qa_meas là 4,3%.
Sai số giữa kết quả mô phỏng (từ mối quan hệ của hệ số truyền nhiệt k = f(C; Г; T) =
f(0,308; 0,008; 306,3) = 0,863 kW/(m2.k) Qa_sim so với kết quả thực nghiệm Qa_meas là
12,3%.
Ngoài ra, hệ số truyền nhiệt và hệ số truyền chất của nghiên cứu này còn được so sánh
với các nghiên cứu trước. Hệ số truyền chất tìm từ phương trình mối quan hệ của hệ số
truyền chất hm = f(C; Г; T) = f(0,308; 0,008; 306,3) = 1,45*10-5 m/s. Sangsoo Lee và
cộng sự tìm được hệ số truyền nhiệt k = f(C; Г; P) = f(0,25; 0,008; 2,5) = 0,88 kW/(m2.K)
và hệ số truyền chất hm = f(C; Г; P) = f(0,25; 0,008; 2,5) = 1,65*10-5 m/s. Mối quan hệ
của hệ số truyền nhiệt k [W/(m2.K)] và hệ số truyền chất hm (m/s) trong quá trình hấp
thụ với: (i) nồng độ dung dịch Cal trong khoảng từ 28% đến 31%, (ii) mật độ phân phối
dung dịch theo chiều dài Г trong khoảng từ 0,001 [kg/(m.s)] đến 0,03 [kg/(m.s)] và (iii)
nhiệt độ nước giải nhiệt T trong khoảng từ 301 K đến 311 K được thiết lập.
Mọi ý kiến đóng góp và trao đổi, xin vui lịng liên hệ:
Bộ mơn Cơng nghệ Nhiệt-Lạnh, khoa Cơ khí, Trường Đại học Bách Khoa
Phịng 115B3, 268 Lý Thường Kiệt, Q.10, TP.HCM
ĐT: (08) 3864-7256 Ext 5897
Email:
iv
ABSTRACT
The absorption process has been confirmed as the most important process in absorption
refrigeration machines in terms of improving their total efficiency. For this reason,
absorber structures in general and heat and mass transfers in absorber in particular have
attracted the interest of many researchers in this field.
Aiming to develop the application of NH3-H2O absorption refrigeration machines in
Vietnam, one of the key research directions is the selection of absorber structure which
is expected to be fabricated in Vietnam without demand of new infrastructure
investment. In order to solve this problem, the heat and mass transfers occurring between
liquid and vapor in falling film absorber have been studied theoretically and
experimentally in this thesis.
For the purpose of performing the experiments on the proposed absorber, a complete
NH3-H2O absorption refrigeration machine was fabricated, its refrigeration capacity is
about 2kW and it was designed to produce ice.
The main target of the above-mentioned experiments is to establish the relationships of
the heat transfer coefficient and mass transfer coefficient with the basic factors affecting
the heat & mass transfer process of the absorption process. In order to reach this target,
the mathematical models related to absorption process were developed. Based on these
models, the theoretical studies were done for both absorber and absorption refrigeration
machine in order to narrow the working area where the experiments later focused on.
The final results done by experiments were then verified with the simulation realized by
the above-mentioned mathematical models and they were verified also with the ones
published in the related literatures, it was proved that there is good conformity with
them.
A series of experiments varying concentration from 29.5% to 32.5% was done to look
for the suitable intake concentration. The results showed that the suitable intake
concentration is 31% which corresponds to the following properties: the coefficient of
performance COP = 0.436, the brine refrigeration performance COPu = 0.262, the
v
average temperature of ammonia vapor leaving the generator is t5 = 116.5°C, the average
concentrations of weak and strong solution are 29.14% and 34.11%, respectively.
Studies on the influence of the decrease of the evaporation temperature, the increase of
the condensation temperature, the increase of the temperature of strong solution leaving
the absorber to the performance of the absorption refrigeration machine were done as
well. The absorption refrigeration machine simulation program is established, is a
combination of theoretical calculations and actual measurements. The absorption
refrigeration machine simulation confirmed as consistent with actual model in terms of
design and operation. The measured parameters at the state points are included in the
simulation program to determine the coefficient of performance COP and brine
refrigeration performance COPu to indicate the most suitable operating mode.
When the brine temperature is from -10 oC to -19 oC, the COP mean deviation of the
computing program and practical result is 1.2%. The computing program results of the
single NH3-H2O absorption refrigeration machine to produce ice have been compared
with other simulations from many scientific papers in the world are similar. The
relationship between the optimal generation temperature according to the saturation
temperature of the refrigerant in the evaporator, the saturation temperature of the
refrigerant in the condenser and the temperature of the strong solution leaving the
absorber was set into an equation using polynomial regression method.
Mathematical model is developed for the falling film flowing on horizontal round tubes
absorber derived from the mathematical model of the test volume element. The test
volume element is simplified into two-dimensional physical model in many previous
studies. Cooling tube diameter is 9.6 mm. The liquid mass flow rate per unit length of
tube is low to get droplet mode.
The fields of velocity, temperature, concentration and thickness of the falling film
solution are varied by the input conditions of weak solution and cooling water
temperature flowing in the tube represented by a test volume element of the tube. The
numerical simulation is written by the Matlab programming language to solve partial
differential equations describing heat-mass transfer phenomenon of the absorption
vi
process of the 2-dimensional physical model. Heat transfer coefficient of the film αiw,
and the heat transfer coefficient from the liquid-vapor interface to the cooling water
flowing in the k tube along ε (x) axis. These coefficients increase for the first quarter of
the tube and gradually decrease for the rest quarter showed the absorption rate decrease
as the heat transfer coefficients decrease. The mass transfer coefficient increases rapidly
whereas the solution just contact the tube wall. Then, it decreases sharply and quite
smooth before leaving the tube wall.
The accuracy of numerical model and experiments are compared by the inlet, outlet the
tube bundle of cooling water temperatures and absorber heat load. The absorber heat
load deviation of the computing program Qa_cumpute and experimental result Qa_meas is
4.3%. The absorber heat load deviation of simulation result Qa_sim and experimental
result Qa_meas is 12.3%. The overall heat transfer coefficient k used for simulation result
of absorber heat load was taken from the relationship of the heat transfer coefficient k =
f(C; Г; T) = f(0.308; 0.008; 306.3) = 0.863 kW/(m2.K).
In addition, the heat transfer and mass transfer coefficients of this research are compared
with previous studies. The mass transfer coefficient function hm = f(C; Г; T) = f(0.308;
0.008; 306.3) = 1.45*10-5 m/s. Sangsoo Lee et al found heat transfer coefficient k = f(C;
Г; P) = f(0.25; 0.008; 2.5) = 0.88 kW/(m2.K) and mass transfer coefficient hm = f(C; Г;
P) = f(0.25; 0.008; 2.5) = 1.65*10-5 m/s. The relationships of the heat transfer and the
mass transfer coefficients of the absorption process to: (i) the solution concentration
ranging from 28% to 31%, (ii) solution mass flow rate per unit tube length ranging from
0.001 kg/(m.s) to 0.03 kg/(m.s) and (iii) the cooling water temperature ranging from 301
K to 311 K were established.
If you have any comments in this PhD. thesis, please feel free to contact:
Department of Heat and Refrigeration, Faculty of Mechanic Engineering, Ho Chi
Minh City University of Technology
Room 115B3, 268 Ly Thuong Kiet St, Dist. 10, Ho Chi Minh City
Phone: (08) 3864-7256 Ext 5897
Email:
vii
LỜI CÁM ƠN
Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành và sâu sắc tới GS.TS. Lê Chí Hiệp, người
trực tiếp hướng dẫn thực hiện luận án tiến sĩ về những ý kiến mà Thầy đã cung cấp cũng
như những định hướng, nhận xét, góp ý vơ cùng q báu của Thầy trong suốt thời gian
thực hiện đề tài.
Tôi xin trân trọng cám ơn PGS.TS. Hoàng An Quốc đã tận tình hướng dẫn, giúp
đỡ, nhận xét, góp ý và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian thực hiện luận
án.
Tôi xin chân thành cám ơn tới các Thầy trong bộ môn Công nghệ Nhiệt – Lạnh
cũng như các Thầy/Cô của trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh về
những kiến thức và lịng nhiệt tình với khoa học mà các Thầy/Cô đã truyền đạt trong
suốt thời gian học tập và nghiên cứu vừa qua.
Tôi xin chân thành cám ơn lãnh đạo khoa Công nghệ Nhiệt – Lạnh, trường đại
học Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh cùng ban Giám hiệu nhà trường đã tạo điều
kiện thuận lợi và hỗ trợ kinh phí học tập trong thời gian tôi làm nghiên cứu sinh.
Tôi xin gửi lời cám ơn đến anh em nghiên cứu sinh, các bạn học viên cao học
ngành Công nghệ Nhiệt, bạn Huỳnh Thế Vinh, và các em sinh viên Đại học Công Nghiệp
TP. HCM đã giúp đỡ, hỗ trợ thực hiện mơ hình thí nghiệm.
Thành cơng của luận án cịn được thể hiện lòng biết ơn sâu sắc đến những người
thân thương đã hỗ trợ và động viên tác giả trong suốt thời gian thực hiện luận án này.
Tác giả
Nguyễn Hiếu Nghĩa
viii
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH................................................................................... xii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ..........................................................................................xiv
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ...............................................................................xv
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN ......................................................................................1
Tổng quan về nghiên cứu máy lạnh hấp thụ ......................................................1
1.1.1
Tình hình nghiên cứu ở ngồi nước ............................................................1
1.1.2
Tình hình nghiên cứu trong nước ................................................................6
Tổng quan về nghiên cứu bình hấp thụ kiểu màng chảy ...................................8
1.2.1
Lý thuyết quá trình hấp thụ .........................................................................8
1.2.2
Các nghiên cứu thực nghiệm.....................................................................13
1.2.3
Động học chảy màng .................................................................................14
1.2.4
Bình hấp thụ cơng suất nhỏ và vừa ...........................................................17
Đánh giá kết quả các công trình nghiên cứu liên quan ....................................20
1.3.1
Ưu điểm .....................................................................................................20
1.3.2
Tồn tại .......................................................................................................21
Lý do chọn đề tài..............................................................................................21
1.4.1
Tầm quan trọng của bình hấp thụ ..............................................................21
1.4.2
Các ảnh hưởng đến hiệu quả truyền nhiệt-truyền chất .............................25
1.4.3
Phạm vi nghiên cứu ...................................................................................32
1.4.4
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn...................................................................35
Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu....................................................................36
1.5.1
Mục tiêu.....................................................................................................36
1.5.2
Nhiệm vụ ...................................................................................................36
Kết luận ............................................................................................................37
CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT HẤP THỤ KIỂU MÀNG CHẢY ..................38
Chu trình lạnh hấp thụ......................................................................................38
2.1.1
Mơ tả hệ thống ..........................................................................................38
2.1.2
Thơng số nhiệt động ..................................................................................41
Bình hấp thụ kiểu màng chảy...........................................................................43
2.2.1
Mơ hình và phương pháp thí nghiệm ........................................................43
ix
2.2.2
Phương pháp giải.......................................................................................48
Kết luận ............................................................................................................50
CHƯƠNG 3
MÔ PHỎNG HỆ THỐNG VÀ BÌNH HẤP THỤ..............................51
3.1.1
Mơ hình tốn của hệ thống ........................................................................51
3.1.2
Lưu đồ thuật tốn của hệ thống .................................................................55
3.1.3
Kết quả mơ phỏng .....................................................................................58
Mơ phỏng bình hấp thụ ....................................................................................60
3.2.1
Mơ phỏng phần tử thể tích ống .................................................................60
3.2.2
Mơ phỏng bình hấp thụ .............................................................................72
3.2.3
Kết quả mơ phỏng .....................................................................................77
Kết luận ............................................................................................................93
CHƯƠNG 4
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ......................................................95
Xây dựng mô hình thực nghiệm ......................................................................95
Kết quả thí nghiệm ...........................................................................................98
Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch nạp .........................................................103
Ảnh hưởng của lưu lượng dung dịch lỗng đến từ bình phát sinh ................114
Ảnh hưởng của lưu lượng dòng hơi đến từ bộ bay hơi ..................................115
Ảnh hưởng của nước giải nhiệt ......................................................................116
Kết luận ..........................................................................................................116
CHƯƠNG 5
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN..........................................................118
Chu trình lạnh hấp thụ....................................................................................118
5.1.1
Nhiệt độ vận hành hệ thống ....................................................................118
5.1.2
Đánh giá độ sai lệch ................................................................................121
5.1.3
Nhiệt độ phát sinh tối ưu .........................................................................122
Bình hấp thụ kiểu màng chảy.........................................................................123
5.2.1
Các ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ của màng chảy ............................123
5.2.2
Mối quan hệ của quá trình truyền nhiệt-truyền chất ...............................125
5.2.3
Đánh giá độ sai lệch ................................................................................126
Kết luận ..........................................................................................................130
CHƯƠNG 6
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..........................................................132
Những đóng góp khoa học .............................................................................132
x
Kết luận ..........................................................................................................132
Kiến nghị ........................................................................................................135
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ...................................................135
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................137
PHỤ LỤC ................................................................................................................... PL1
Phụ lục 1 Các kết quả đo đạc ngày 23/07/2016 ..................................................... PL2
Phụ lục 2 Code của các chương trình chính ........................................................ PL14
Phụ lục 2.1 Mô phỏng hệ thống........................................................................ PL14
Phụ lục 2.2 Mơ phỏng phần tử thể tích ống ..................................................... PL30
Phụ lục 2.3 Mô phỏng chùm ống song song .................................................... PL36
Phụ lục 3 Một số hình ảnh thí nghiệm .................................................................. PL39
Phụ lục 4 Sai số các thành phần khi đo nồng độ dung dịch ................................. PL42
xi
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Chu trình máy lạnh hấp thụ một cấp cơ bản .....................................................3
Hình 1.2 Các dạng hấp thụ chính ..................................................................................22
Hình 1.3 Các bình hấp thụ dạng bọt chính ....................................................................23
Hình 1.4 Các bình hấp thụ dạng màng chính ................................................................24
Hình 1.5 Mơ hình hấp thụ với nước giải nhiệt ngược chiều .........................................26
Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý của máy lạnh NH3-H2O một cấp .........................................38
Hình 2.2 Đồ thị i-C của máy lạnh hấp thụ một cấp thiết kế ..........................................40
Hình 2.3 Bản vẽ cấu tạo bình hấp thụ ...........................................................................44
Hình 2.4 Bản vẽ chế tạo bình hấp thụ ...........................................................................45
Hình 2.5 Thử màng nước chảy trên chùm ống giải nhiệt ..............................................46
Hình 2.6 Ảnh bình hấp thụ đã chế tạo ...........................................................................47
Hình 2.7 Hình chiếu cạnh của mơ hình vật lý bình hấp thụ ..........................................48
Hình 2.8 Mơ hình vật lý 2 chiều ....................................................................................49
Hình 3.1 Sơ đồ thiết kế hệ thống lạnh NH3-H2O...........................................................55
Hình 3.2 Lưu đồ thuật tốn mơ phỏng máy lạnh hấp thụ NH3-H2O .............................56
Hình 3.3 COP theo tg và te theo mơ phỏng .....................................................................58
Hình 3.4 Hệ tọa độ sử dụng cho dịng chảy trên mặt cong ...........................................62
Hình 3.5 Màng lỏng ngưng tụ chảy xuống ống ngang ..................................................62
Hình 3.6 Mơ hình vật lý 2 chiều đơn giản .....................................................................68
Hình 3.7 Lưu đồ thuật tốn cho phần tử thể tích ống ....................................................69
Hình 3.8 Sơ đồ dịng nước giải nhiệt của các tầng ống .................................................73
Hình 3.9 Lưu đồ thuật tốn cho bình hấp thụ ................................................................75
Hình 3.10 Vận tốc u (m/s) .............................................................................................77
Hình 3.11 Vận tốc v (m/s) .............................................................................................77
Hình 3.12 Trường nồng độ, C .......................................................................................78
Hình 3.13 Trường nhiệt độ, T (K) .................................................................................78
Hình 3.14 Độ dày lớp màng, δ (m) ................................................................................80
Hình 3.15 Vận tốc cục bộ trung bình, ual (m/s) .............................................................80
Hình 3.16 Nồng độ cục bộ trung bình, Cal.....................................................................81
Hình 3.17 Nhiệt độ cục bộ trung bình, Tal (K)...............................................................81
Hình 3.18 Hệ số tỏa nhiệt của lớp màng, αiw (W/m2 K) ................................................82
Hình 3.19 Hệ số truyền nhiệt, k [W/(m2 K)] .................................................................82
Hình 3.20 Hệ số truyền chất của lớp màng, hm (m/s) ....................................................83
Hình 3.21 Nồng độ cục bộ trung bình, Cal.....................................................................84
Hình 3.22 Nhiệt độ trung bình cục bộ, T (K) ................................................................85
Hình 3.23 Nồng độ trung bình cục bộ, Cal.....................................................................86
Hình 3.24 Nhiệt độ trung bình cục bộ, T (K) ................................................................86
Hình 3.25 Hệ số truyền nhiệt, k [W/(m2.K)] .................................................................87
xii
Hình 3.26 Hệ số truyền chất, hm (m/s) .........................................................................88
Hình 3.27 Diện tích bình hấp thụ theo lưu lượng nước giải nhiệt .................................89
Hình 3.28 Sự biến đổi nhiệt độ và hệ số truyền nhiệt trong bình hấp thụ .....................91
Hình 3.29 Sự biến đổi nhiệt độ và dịng nhiệt trong bình hấp thụ ................................91
Hình 3.30 Sự biến đổi nhiệt độ và hệ số truyền chất trong bình hấp thụ ......................92
Hình 3.31 Sự biến đổi nhiệt độ và dòng chất hấp thụ trong bình hấp thụ .....................92
Hình 4.1 Nguyên lý thu thập dữ liệu .............................................................................96
Hình 4.2 Máy lạnh hấp thụ thí nghiệm ..........................................................................97
Hình 4.3 Thử nghiệm máy lạnh hấp thụ ở giai đoạn đầu ..............................................98
Hình 4.4 Máy lạnh hấp thụ chạy thí nghiệm và sản xuất nước đá ................................99
Hình 4.5 Biến đổi nhiệt độ và lưu lượng dịng hơi ......................................................100
Hình 4.6 Biến đổi của nhiệt độ và lưu lượng dung dịch .............................................101
Hình 4.7 Màn hình dữ liệu của máy lạnh hấp thụ thí nghiệm .....................................102
Hình 4.8 Nhiệt độ, COP theo thí nghiệm 1 .................................................................106
Hình 4.9 Nhiệt độ, COP theo thi nghiệm 2 .................................................................107
Hình 4.10 Nhiệt độ, COP theo thí nghiệm 4 ...............................................................108
Hình 4.11 Nhiệt độ, COP theo thí nghiệm 6 ...............................................................108
Hình 4.12 Nhiệt độ, COP theo thí nghiệm 7 ...............................................................109
Hình 4.13 Nhiệt độ, COP theo thí nghiệm 10 .............................................................110
Hình 4.14 Nhiệt độ, COP theo thí nghiệm 12 .............................................................111
Hình 4.15 Nhiệt độ, COP theo thí nghiệm 13 .............................................................111
Hình 4.16 Nhiệt độ hơi NH3 ra khỏi bình phát sinh (t5) ..............................................112
Hình 4.17 Nhiệt độ dung dịch nước muối ...................................................................113
Hình 4.18 Lưu lượng dung dịch lỗng vào bình hấp thụ ............................................114
Hình 4.19 Lưu lượng dịng hơi vào bình hấp thụ ........................................................115
Hình 4.20 Nhiệt độ nước muối theo lưu lượng nước giải nhiệt ..................................116
Hình 5.1 COP theo tg và te ...........................................................................................118
Hình 5.2 COP theo tg và tc ...........................................................................................119
Hình 5.3 COP theo tg và ta ...........................................................................................120
Hình 5.4 So sánh COP theo mơ phỏng và thí nghiệm .................................................121
Hình 5.5 Nhiệt độ nước muối theo nhiệt độ phát sinh ................................................123
Hình 5.6 Hệ số truyền nhiệt và hệ số truyền chất theo nhiệt độ nước giải nhiệt ........124
Hình 5.7 Hệ số truyền nhiệt và hệ số truyền chất theo nồng độ dung dịch .................124
Hình 5.8 Hệ số truyền nhiệt và hệ số truyền chất theo độ phân phối dung dịch .........125
Hình 5.9 Giá trị các điểm trạng thái đo được ..............................................................127
Hình 5.10 Biến đổi của nhiệt độ và cơng suất bình hấp thụ ........................................128
Hình 5.11 Sự biến đổi nhiệt độ và nồng độ dung dịch ................................................129
xiii
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Các kích thước ống được tập trung nghiên cứu .............................................18
Bảng 1.2 Các nghiên cứu về kết cấu và chế độ phân phối dòng dung dịch ..................28
Bảng 1.3 Các nghiên cứu về quá trình hấp thụ..............................................................31
Bảng 1.4 Các thông số vận hành sẽ nghiên cứu ............................................................32
Bảng 1.5 Công suất của máy đá ống .............................................................................33
Bảng 1.6 Công suất lạnh với công suất đáp ứng của bơm dung dịch ...........................34
Bảng 3.1 Các điểm trạng thái của máy lạnh hấp thụ theo mơ phỏng ............................59
Bảng 3.2 Diện tích các bộ phận của máy lạnh hấp thụ chế tạo .....................................60
Bảng 3.3 Các thông số đầu vào .....................................................................................70
Bảng 3.4 Ảnh hưởng của lưu lượng dung dịch .............................................................83
Bảng 3.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ nước giải nhiệt ........................................................85
Bảng 3.6 Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch ................................................................88
Bảng 3.7 Diện tích và lưu lượng nước giải nhiệt của bộ hấp thụ ..................................90
Bảng 4.1 Các điểm trạng thái của máy lạnh hấp thụ thí nghiệm .................................102
Bảng 4.2 Các thơng số điểm nút trung bình theo thực nghiệm ...................................103
Bảng 4.3 COP/COPu của các thí nghiệm.....................................................................105
Bảng 4.4 COP/COPu của các thí nghiệm thay đổi lưu lượng nước giải nhiệt .............116
Bảng 5.1 Một số điều kiện vận hành thường gặp ........................................................122
Bảng 5.2 Hằng số của mối quan hệ tính k và hm .........................................................126
Bảng 5.3 Các điểm trạng thái của máy lạnh hấp thụ thiết kế ......................................127
Bảng 5.4 Hệ số truyền nhiệt và hệ số truyền chất từ những nghiên cứu khác nhau ...130
Bảng 6.1 Các ảnh hưởng đến COP ..............................................................................133
Bảng 6.2 Các ảnh hưởng đến k và hm ..........................................................................135
xiv
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Ký hiệu
𝜇
Tên gọi
Độ nhớt động lực học
Thứ nguyên
[kg/(m.s)]
𝑣
Độ nhớt động học
[m2/s]
v
Thành phần vận tốc theo phương y
[m/s]
𝑢
Thành phần vận tốc theo phương x
[m/s]
𝑤
Thành phần vận tốc theo phương z
[m/s]
𝜌
Khối lượng riêng
[kg/m3]
𝑝
Áp suất
[bar]
T
Nhiệt độ
[K]
t
Nhiệt độ
[oC]
i
Entanpy riêng
[kJ/kg]
𝑐𝑝
Nhiệt dung riêng đẳng áp
[kJ/(kg.K)]
𝛿
Bề dày lớp màng
[m]
L
Chiều dài
[m]
𝑚̇
Lưu lượng khối lượng
[kg/s]
𝑣̇
Lưu lượng thể tích
[l/p]
Q
Cơng suất nhiệt
[W]
q
Dịng nhiệt
[W/m2]
𝜆
Hệ số dẫn nhiệt
[W/(m.K)]
α
Hệ số đối lưu
[W/(m2.K)]
k
Hệ số truyền nhiệt
[W/(m2.K)]
ℎ𝑚
Hệ số truyền chất
[m/s]
𝑎𝑞
Hệ số khuếch tán nhiệt
[m2/s]
D
Hệ số khuếch tán chất hoặc đường kính [m2/s hoặc m]
𝜃
Góc
[radian]
A
Diện tích
[m2]
Aw
Diện tích mặt cắt của nước giải nhiệt
[m2]
dA
Diện tích phần tử kiểm tra
[m2]
r
Bán kính
[m]
xv
𝑔
Gia tốc trọng trường
[m/s2]
ᴦ
Lưu lượng khối lượng phân phối
[kg/(m.s)]
WR
Tỉ số ướt bề mặt
[%]
𝑞𝑓
Dòng nhiệt hấp thụ
[W/m2]
𝑖𝑎𝑏
Nhiệt lượng của sự hấp thụ
[J/g]
𝑚,
Dòng chất hấp thụ
[g/(m2.s)]
𝐶
Nồng độ khối lượng
[%]
η
Hiệu suất
[%]
Pr
Số Prandtl
Nu
Số Nusselt
Sh
Số Sherwood
𝑥
Tọa độ theo phương x
𝑦
Tọa độ theo phương y
𝑧
Tọa độ theo phương z
𝜒
Hệ số entanpy
COP
Hệ số hiệu quả
COPu
Hệ số hiệu quả hữu ích
f
Bội số tuần hồn
Các ký hiệu chân
tube
Ống
colum
Cột
w
Nước
wall
Vách ống
i
Vào hoặc trong
o
Ra hoặc ngoài
k
Thứ tự k
f
Màng
ab
Hấp thụ
c
Trung tâm
int
Mặt tiếp xúc
g
Phát sinh
d
Cột chiết tách
c
Ngưng tụ
xvi
e
a
shx
rec
p
ws
ss
s
al
Bay hơi
Hấp thụ
Bộ trao đổi nhiệt dung dịch
Cột chiết tách
Bơm
Dung dịch lỗng
Dung dịch đậm đặc
Dung dịch
Cục bộ
cal
Tính tốn
compute
Tính tốn
sim
Mơ phỏng
meas
Đo đạc
sel
chọn lựa
p
Bơm
Các từ viết tắt
TN
Thí nghiệm
ii
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
Ở chương đầu tiên này, NCS tìm hiểu về tình hình nghiên cứu máy lạnh hấp thụ NH3H2O loại liên tục và các quá trình truyền nhiệt-truyền chất xuất hiện giữa dung dịch lỏng
và hơi trong bộ hấp thụ dạng màng chảy để đánh giá được những ưu điểm và tồn tại của
các nghiên cứu trong và ngoài nước. Một trong những hướng nghiên cứu mấu chốt là sự
chọn lựa cấu trúc bộ hấp thụ với mong muốn là sẽ chế tạo được tại Việt Nam mà không
cần sự đầu tư công nghệ mới nào. Các kết quả nghiên cứu có thể dùng để tham khảo khi
thiết kế, chế tạo và vận hành máy lạnh hấp thụ.
Tổng quan về nghiên cứu máy lạnh hấp thụ
Hầu hết các cặp lưu chất dùng trong chu trình máy lạnh hấp thụ là: H2O-LiBr, NH3-H2O
hoặc NH3-H2O-H2 [1]. Chu trình hấp thụ H2O-LiBr ứng dụng cho nhu cầu làm lạnh lớn
hơn 0 oC. Tại 1 bar, nhiệt độ đông đặc của NH3 là -77,7 oC, nhiệt độ bay hơi -33,4 oC
ứng dụng cho nhu cầu làm lạnh ở nhiệt độ thấp. Hệ thống NH3-H2O-H2 dùng NH3 làm
môi chất lạnh, H2 tạo chênh lệch áp suất hơi riêng phần cho mơi chất lạnh vì thế không
cần bơm dung dịch. Các nhà nghiên cứu đánh giá cặp mơi chất làm việc NH3-H2O có
tính chất vật lý và nhiệt động rất tốt [2], [3].
1.1.1 Tình hình nghiên cứu ở ngồi nước
Sự phát triển của cơng nghệ và vấn đề năng lượng làm cho máy lạnh hấp thụ trở thành một
phương án thay thế hiệu quả và kinh tế cho máy lạnh nén hơi [4], [5]. Gần đây, việc tìm
cách nâng cao hiệu quả của máy lạnh hấp thụ đang ở giai đoạn nghiên cứu cao trào [6].
Uppal và cộng sự [7] đã chế tạo một tủ lạnh hấp thụ công suất nhỏ để chứa vaccines.
Nguồn nhiệt cấp từ năng lượng mặt trời. Staicovici, 1986 phát triển hệ thống hấp thụ
gián đoạn một cấp để bảo quản cá có COP thực từ 0,25 ÷ 0,3 với nhiệt độ phát sinh và
ngưng tụ lần lượt là 80 oC và 24,3 oC.
Rogdakis và Antonopoulos [8] nghiên cứu hệ thống lạnh hấp thụ NH3-H2O hai cấp.
Nhiệt độ môi chất lạnh có thể giảm xuống -70 oC. Theo mơ phỏng này, khi nhiệt độ môi
1
trường 10 oC thì COP thay đổi từ 20 ÷ 65% tương ứng với nhiệt độ bay hơi thấp nhất từ
-70 ÷ -30 oC.
Sun [9] phân tích nhiệt động cho các chu trình sử dụng ammonia-nước, ammonialithium nitrate, và ammonia-sodiumthiocyanate. Hiệu suất của ba chu trình được so sánh
cho thấy ammonia-lithium nitrate và ammonia-sodium thiocyanate có thể thay thế cho
ammonia-nước.
C.P. Jawahar và cộng sự [10] đã nghiên cứu nhiệt động của hệ thống lạnh hấp thụ NH3H2O bằng công nghệ Pinch để thu hồi lượng nhiệt lớn nhất từ dòng lưu chất làm tăng
hiệu suất của hệ thống. Hệ thống được mơ phỏng có nhiệt độ bộ phát sinh từ 120 ÷ 150
o
C, nhiệt độ giải nhiệt từ 25 ÷ 45 oC và nhiệt độ bay hơi từ -10 ÷ 10 oC. So với hệ thống
thơng thường thì COP có thể cao hơn 17 ÷ 56%.
Brice Le Lostec và cộng sự [11] làm thực nghiệm hệ thống chiller NH3-H2O một cấp
đạt được COP bằng 0,6. Khi nhiệt độ bay hơi giảm, COP sẽ giảm đáng kể. Điều này có
thể được giải thích bằng hiện tượng cấp liệu quá mức (overfeeding) của bộ bay hơi. Hiện
tượng này cũng được quan sát từ những NCS khác khi nhiệt độ của bộ phát sinh tăng
(Albers và Ziegler, 2003), (Asdrubali và Grignaffini, 2005). Bên cạnh đó là sự thay đổi
của cơng suất lạnh từ sự điều chỉnh tiết lưu môi chất lạnh. Hiệu suất của chiller hấp thụ
còn liên quan đến nguồn nhiệt, nhiệt độ giải nhiệt cũng như lưu lượng của dòng dung
dịch đặc.
Weihua Cai và cộng sự, [12] đã nghiên cứu mô hình động học của chu trình lạnh hấp
thụ một cấp. Chu trình lạnh hấp thụ tập trung vào khối lượng, động lượng và cân bằng
năng lượng của từng bộ phận của hệ thống. Vài thông số thiết kế ảnh hưởng đến hoạt
động của hệ thống được xác định.
2
Hình 1.1 Chu trình máy lạnh hấp thụ một cấp cơ bản
Tất cả các đặc tính nhiệt động được tính dựa trên phương trình trạng thái của hỗn hợp.
Họ đã cho thấy hệ số hiệu quả của chu trình tăng khi nhiệt độ bộ phát sinh hoặc nhiệt
độ bộ ngưng tụ giảm. Hệ thống nhanh chóng đạt được trạng thái ổn định từ các thông
số hoạt động cụ thể. Sự tăng áp suất bơm sẽ tăng hoạt động của hệ thống. Tốc độ dịng
chảy, cơng suất nhiệt và COP cũng được quan sát trước khi đạt trạng thái cân bằng.
Mathew Aneke và cộng sự [13] thực hiện thiết kế truyền động và so sánh hiệu suất của
hai hệ thống lạnh khác nhau (Hệ thống 1: Nhiệt thải được cấp cho chu trình Rankine để
sinh cơng nhằm quay máy nén của chu trình máy lạnh có máy nén hơi. Hệ thống 2: Nhiệt
thải được cấp trực tiếp cho máy lạnh hấp thụ NH3-H2O). Kết quả mô phỏng cho thấy hệ
thống 1 có COP cao hơn hệ thống 2.
Muammer Ozgoren và cộng sự [14] nghiên cứu khả năng sử dụng máy lạnh hấp thụ
NH3-H2O một cấp được cấp nhiệt bằng năng lượng mặt trời ở tỉnh Adana phía nam Thổ
Nhỉ Kỳ. COP làm mát thay đổi liên tục từ 0,243 ÷ 0,454. COP gia nhiệt thay đổi từ 1,243
÷ 1,454. COP cực đại xuất hiện vào buổi sáng và cực tiểu xuất hiện vào buổi trưa.
Chu trình lạnh hấp thụ chủ yếu sử dụng trong các máy lạnh công nghiệp lớn. Đối với
những máy lạnh hấp thụ có cơng suất nhỏ thì cần thêm quá trình nghiên cứu từng bộ
phận của chu trình lạnh hấp thụ. Điều đó có thể giúp thiết kế các máy lạnh hấp thụ nhỏ
gọn [15].
3
Để phát triển máy lạnh hấp thụ công suất nhỏ, nhiều nghiên cứu về Kỹ thuật ống-micro
[5], [16], [17], [18], [19]. Ống-micro có thể sử dụng cho bình hấp thụ, bình phát sinh,
bình ngưng tụ, bộ bay hơi, và cột chiết tách nước trong máy lạnh hấp thụ nguyên cụm
có cơng suất nhỏ thì rất nhỏ gọn [16].
Vào năm 2000, Hammad và Habali [20] chế tạo một hộp thép có diện tích 0,6 m x 0,3
m cao 0,5 m dùng để chứa vaccine cho những vùng sa mạc xa xôi khơng có mạng lưới
điện quốc gia. Chu trình máy lạnh hấp thụ NH3-H2O vận hành bằng năng lượng mặt trời
được thiết kế để giữ cho nhiệt độ trong hộp đạt theo yêu cầu. Nhiệt độ môi trường khoảng
45 °C vào tháng 8. Tiến trình mơ phỏng bằng máy tính được phát triển để nghiên cứu
hiệu suất và đặc tính của chu trình lạnh. Máy lạnh hấp thụ được cấp nhiệt từ các bộ thu
tập trung có thời gian hoạt động 7 giờ ban ngày. Nhiệt độ lưu chất ra khỏi bộ thu có thể
lên đến 200 °C, COP đạt từ 0,5 ÷ 0,65. Khi nhiệt độ tối ưu đạt 120 °C thì COP đạt 0,65.
Nồng độ khối lượng của dung dịch nạp là 25%. Hệ thống hoạt động suốt tháng 6 và 7
với 8 giờ hoạt động mỗi ngày từ 8 giờ sáng tới 4 giờ chiều.
J. Cerezo, R. Best, R.J. Romero [21] mơ phỏng bình hấp thụ dạng bọt với 3 cặp lưu chất
làm việc khác nhau NH3-H2O, NH3-LiNO3 và NH3-NaSCN để phân tích hiệu suất bình
hấp thụ dạng tấm. Máy lạnh hấp thụ có cơng suất lạnh 1 kW. Nhiệt độ bình phát sinh tối
thiểu thì dịng chất hấp thụ vào dung dịch NH3-H2O, NH3-LiNO3 và NH3-NaSCN, lần
lượt là 0,0086; 0,0058 và 0,0085 kg/(m2.s). Đối với cặp lưu NH3-H2O, nhiệt độ bay hơi
-5 °C, nhiệt độ hấp thụ, và nhiệt độ ngưng tụ được cố định ở 40 °C. Khi nhiệt độ hoạt
động tối thiểu 115 °C, nồng độ và nhiệt độ dung dịch lỗng vào bình hấp thụ lần lượt là
33,4% và 55,3 °C thì COP đạt 0,48. Khi nhiệt độ hoạt động tối thiểu 120 °C, nồng độ
và nhiệt độ dung dịch lỗng vào bình hấp thụ lần lượt là 31,2% và 55,8 °C thì COP đạt
0,49.
N.A. Darwish, S.H. Al-Hashimi, A.S. Al-Mansoori [22] phân tích hệ số hiệu COP, công
suất của bộ phận trong hệ thống (bộ bay hơi, bình hấp thụ, bình ngưng tụ), nồng độ dung
dịch đặc và loãng, lưu lượng của dung dịch lỗng, và lưu lượng dịng hơi qua bộ bay hơi
của máy lạnh hấp thụ NH3-H2O. Nồng độ dung dịch đặc thực nghiệm là 36,8%.
4
Darwish H. Gebreslassie, Marc Medrano, Filipe Mendes, Dieter Boer [23] tối ưu hóa
diện tích truyền nhiệt của các bộ phận trong máy lạnh hấp thụ. Máy lạnh hấp thụ này
được ứng dụng để làm lạnh nước có cơng suất lạnh 5 kW. Nước cần làm lạnh chảy vào
và ra bộ bay hơi lần lượt là 16 °C và 11 °C. Nước giải nhiệt vào và ra bình ngưng lần
lượt là vào 40 °C và ra 49 °C; nhiệt độ dung dịch trong bình phát sinh 103,8 °C đến 110
°C; Nồng độ dung dịch đặc là 46,3% và loãng là 41,4%. Nhiệt độ môi trường vào mùa
hè là 30 °C. COP cơ bản của máy là 0,56.
C.P. Jawahar, R. Saravanan [24] nghiên cứu thực nghiệm máy lạnh hấp thụ NH3-H2O
truyền thống kết hợp thêm các bộ trao đổi nhiệt hấp thụ-phát sinh GAX (generatorabsorber heat exchange) giải nhiệt bằng khơng khí. Máy lạnh có cơng suất lạnh 10,5 kW,
có khả năng bay hơi ở -5 °C, nhiệt độ môi trường là 35 °C. Kết quả cho thấy nhiệt độ
tại bình phát sinh và bộ bay hơi lần lượt là 120 °C và 2 °C, cho công suất lạnh là 9,5 kW,
COP là 0,57. Bình hấp thụ dạng màng chảy được sử dụng trong hệ thống.
Mathew Aneke, Brian Agnew, Chris Underwood, Matthew Menkiti [13] so sánh hiệu
suất của chu trình Rankine ORC (Organic Rankine Cycle) nhận nhiệt từ nguồn nhiệt
thải để vận hành máy lạnh nén hơi (hệ thống 1) với máy lạnh hấp thụ NH3-H2O vận hành
bằng nguồn nhiệt thải để bảo quản thực phẩm (hệ thống 2). Cả hai hệ thống cần phải
giảm nhiệt độ môi trường từ 25 °C xuống -18 °C. COP của hệ thống 1 và 2 lần lượt là
0,57 và 0,55. Máy lạnh hấp thụ có nồng độ dung dịch loãng và đặc lần lượt là 19,68%
và 28,24%; nhiệt độ dung dịch loãng ra và vào bình phát sinh lần lượt là 130 °C và 110
°C; nhiệt độ hơi vào và ra bộ bay hơi lần lượt là -20 °C và -0,08 °C.
Brice Le Lostec*, Nicolas Galanis, Jocelyn Millette [11] nghiên cứu thực nghiệm hiệu
suất của máy lạnh hấp thụ làm lạnh nước 10 kW. Nhiệt độ nguồn nhiệt là nước nóng từ
75 °C đếm 85 °C từ năng lượng mặt trời. Điều kiện hoạt động khác nhau tạo ra từ các
thay đổi nhiệt độ và lưu lượng của các dòng giải nhiệt và lưu lượng dung dịch đặc. Sự
dao động của công suất lạnh do sự điều khiển tiết lưu dịng mơi chất lạnh. Máy lạnh
được nạp vào 16 kg NH3 và 8 kg H2O (nồng độ nạp là 66,66%). Bình hấp thụ màng chảy
kiểu vỏ bọc chùm ống. Bơm màn có thể thay đổi tầng số dòng điện của động cơ bơm để
điều chỉnh dòng dung dịch đặc.
5
Kong Dingfeng, Liu Jianhua, Zhang Liang, Fang Zhiyun [25] phát triển mơ hình tốn
để phân tích hiệu suất từ nghiên cứu lí thuyết và thực nghiệm máy lạnh một cấp. Các
kết quả thực tế cho thấy sai số với các giá trị tính tốn lí thuyết là 70% đến 80%. Điều
này cho thấy tổn thất nhiệt từ bình phát sinh có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất của hệ
thống, và công suất làm lạnh cũng bị giới hạn bởi bộ bay hơi và hiệu suất truyền chất
của bình hấp thụ. Hệ thống hoạt động có nhiệt độ dung dịch lỗng ra khỏi bình hấp thụ
là 393 K (120 oC), hơi ra và nước hồi lưu lại bình phát sinh là 368 K (95 oC); nhiệt độ
bay hơi môi chất trong bộ bay hơi là 258 K (-15 oC) ở áp suất 2,36 bar. Nồng độ dung
dịch loãng và đặc là 29% và 40%. Nhiệt độ và áp suất ngưng tụ lần lượt là 318 K (45
o
C) và 14,32 bar.
1.1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước
Tại Việt Nam hiện nay, các nghiên cứu về máy lạnh hấp thụ đang được quan tâm nghiên
cứu chủ yếu là hệ thống lạnh nước-lithium bromide cho ứng dụng điều hịa khơng khí
và hệ thống lạnh NH3-H2O cho ứng dụng làm lạnh. Việc nghiên cứu về máy lạnh hấp
thụ cho mục đích điều hịa khơng khí vẫn còn hạn chế, nguồn nhiệt cấp thường là năng
lượng mặt trời. Tuy nhiên, bộ thu năng lượng mặt trời có giá thành cao, hơn nữa diện
tích lắp đặt bộ thu rất lớn.
Hệ thống lạnh NH3-H2O cho ứng dụng làm nước đá được đánh giá là khả thi nhưng việc
nghiên cứu hệ thống này còn rất hạn chế. Đặc biệt, sự truyền nhiệt và truyền chất kết
hợp tại bình hấp thụ là phức tạp nhất trong chế độ vận hành của hệ thống nhưng hiện
chưa có nhà khoa học nào tập trung nghiên cứu về đặc tính của q trình hấp thụ để trả
lời các vướng mắt về tốc độ hấp thụ, khối lượng hấp thụ, sự cân bằng cũng như các
thơng số điều khiển q trình hấp thụ.
Trong những năm gần đây đã có những nghiên cứu lý thuyết về ứng dụng năng lượng
mặt trời để điều hịa khơng khí và làm nước đá như:
Nhóm nghiên cứu Lê Chí Hiệp và Võ Kiến Quốc [26], Trường đại học bách khoa
TP.HCM nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm máy lạnh hấp thụ NH 3–H2O, loại gián
đoạn cấp nhiệt bằng collector mặt trời dạng ống-cánh, trong điều kiện thời tiết của
TP.HCM để sản xuất nước đá. Kết quả cho thấy có thể sản xuất trung bình khoảng 1,6
6
