thiết kế và chế tạo hệ thống thí nghiệm cho thiết bị ngưng tụ kênh micro dùng môi chất r134a

LỜI CẢM ƠN
Chúng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy Cô bộ môn Công nghệ
Kỹ thuật Nhiệt của trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. HCM đã chỉ dẫn chúng tơi
tận tình trong suốt thời gian học tập tại trường. Những kiến thức Thầy Cô đã truyền
đạt là nền tảng cơ sở, là hành trang và định hướng nghề nghiệp cho sự phát triển sau
này. Chính nhờ sự nghiên cứu miệt mài của Thầy Cơ từ lý thuyết đến thực nghiệm và
những kinh nghiệm tích luỹ sau nhiều năm giảng dạy nhằm truyền đạt lại những gì
tinh tuý nhất cho thế hệ sau đã giúp chúng tơi biết trân trọng hơn những gì tiếp thu
được sau bốn năm đại học.
Chúng tôi cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Thầy Đoàn Minh Hùng đã giúp
chúng tôi định hướng đề tài, đưa ra những hướng dẫn kịp thời và giải đáp các thắc mắc
để chúng tơi có thể hồn thành đồ án này. Tuy đã cố gắng trong suốt quá trình thực
hiện đồ án nhưng chắc chắn khơng thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong ý kiến
đóng góp từ q Thầy Cơ cũng như các bạn sinh viên để kết quả của đồ án này được
hồn thiện hơn.
Một lần nữa chúng tơi xin chân thành cảm ơn!
Tp. HCM, ngày 24 tháng 7 năm 2017
TM nhóm
(Sinh viên)
PHAN MINH TRÍ

i


TĨM TẮT
Ngày nay, nền cơng nghệ khoa học kỹ thuật đã có những bước phát triển rất đáng
kể nhằm đáp ứng nhu cầu của con người, phục vụ đời sống chúng ta ngày càng tốt
hơn. Một công nghệ mới ra đời và được chú trọng nghiên cứu trong thời gian qua là
công nghệ micro. Được đánh giá là một trong những lĩnh vực khoa học công nghệ
quan trọng nhất trong thế kỷ 21, cơng nghệ này là chìa khóa tạo ra các ngành công
nghiệp mới, các sản phẩm công nghệ cao thơng qua những nghiên cứu mang tính đột

phá. Gắn liền với công nghệ này là thiết bị micro đang được nghiên cứu và ứng dụng
rộng rãi trong cuộc sống hiện đại góp phần vào việc tăng hiệu quả cơng việc, giảm chi
phí đầu tư, tiết kiệm nguyên vật liệu, dễ dàng vận hành và quan trọng hơn hết là diện
tích mặt bằng lắp đặt nhỏ gọn cho phù hợp với nền kinh tế, với tốc độ đơ thị hóa ngày
càng cao của mỗi quốc gia trên thế giới.
Sau quá trình nghiên cứu những bài báo khoa học về các thí nghiệm với thiết bị
trao đổi nhiệt kênh micro của các nhà khoa học để học hỏi cách xây dựng hệ thống thí
nghiệm và kết hợp với các kiến thức được học ở đại học, nhóm chúng tơi đã tiến hành
thực hiện đề tài Nghiên cứu tính tốn thiết kế hệ thống thí nghiệm thiết bị ngưng
tụ kênh micro dùng mơi chất lạnh R134a có thể sử dụng để phục vụ công việc
nghiên cứu các loại thiết bị ngưng tụ.
Trong đề tài này chúng tơi đã tiến hành tính tốn, thiết kế và chế tạo một hệ
thống thí nghiệm thiết bị ngưng tụ và thơng qua q trình thực nghiệm đánh giá các
thông số đạt được để đề xuất phạm vi hoạt động của hệ thống thí nghiệm.

ii


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN.................................................................................................................. i
TÓM TẮT....................................................................................................................... ii
MỤC LỤC ..................................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .....................................................v
DANH MỤC CÁC HÌNH ............................................................................................. vi
DANH MỤC CÁC BẢNG .......................................................................................... viii
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ...........................................................................................1
1.1. Tính cấp thiết của đề tài ........................................................................................1
1.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu ...........................................................................2
1.3. Mục đích của đề tài .............................................................................................13
1.4. Giới hạn đề tài .....................................................................................................13

1.5. Phương pháp nghiên cứu.....................................................................................13
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ..............................................................................14
2.1. Cơ sở lựa chọn thiết bị cho hệ thống ..................................................................14
2.1.1. Sơ đồ ngun lý ............................................................................................14
2.1.2. Cơ sở tính tốn hệ thống ...............................................................................15
2.2. Lựa chọn máy nén và các thiết bị phụ.................................................................19
2.3. Lắp đặt hệ thống ..................................................................................................29
2.3.1. Đề xuất mơ hình 3D ......................................................................................29
2.3.2. Tiến hành lắp đặt hệ thống............................................................................30
2.4. Lắp đặt hệ thống điện điều khiển ........................................................................33
2.4.1. Sơ đồ mạch động lực ....................................................................................33
2.4.2. Sơ đồ mạch điều khiển..................................................................................34
2.4.3. Nguyên lý hoạt động của mạch điện ............................................................35
2.5. Quy trình vận hành ..............................................................................................35
2.5.1. Quy trình vận hành ở chế độ I ......................................................................36
2.5.2. Quy trình vận hành ở chế độ II .....................................................................37
2.5.3. Quy trình vận hành ở chế độ III....................................................................38
CHƯƠNG 3. THÔNG SỐ THỰC NGHIỆM ...............................................................40
3.1. Xác định các thông số để đánh giá phạm vi hoạt động của hệ thống .................40
iii


3.2. Bảng số liệu thực nghiệm ....................................................................................40
CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ ĐỀ NGHỊ .......................................................................41
4.1. Đánh giá kết quả..................................................................................................41
4.2. Đề nghị ................................................................................................................45
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................46
PHỤ LỤC ......................................................................................................................50
Phụ lục 1. 1 – Thông số vận hành ở chế độ I .............................................................50
Phụ lục 1. 2 – Thông số vận hành ở chế độ II ............................................................57

Phụ lục 1. 3 – Thông số vận hành ở chế độ III ..........................................................59

iv


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu
l – Công nén, kJ/kg.
G – Lưu lượng khối lượng, kg/s.
h – Enthalpy, kJ/kg.
p – Áp suất, bar.
q – Nhiệt lượng riêng khối lượng, kJ/kg.
Q – Nhiệt lượng, kJ/s.
s – Entropy, kJ/kg.độ.
t – Nhiệt độ, oC.
ε – Hệ số làm lạnh.
∆t – Độ chênh nhiệt độ, oC.
Chỉ số dưới
a, b, c, d, 2, 2’, 2” – Thứ tự.
k – Ngưng tụ.
o – Bay hơi.
ql – Quá lạnh.
qn – Quá nhiệt.

v


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1. 1 – Độ tăng COP ứng với từng độ quá lạnh ......................................................2
Hình 1. 2 – Độ tăng COP khi có hồi nhiệt và khi khơng có hồi nhiệt .............................3

Hình 1. 3 – Các mơ hình được sử dụng trong thí nghiệm của Long Huang ...................6
Hình 1. 4 – Mơ phỏng vị trí ống đầu vào ........................................................................9
Hình 2. 1 – Đồ thị lgp - h của chu trình lý thuyết ......................................................... 14
Hình 2. 2 – Sơ đồ hệ thống thí nghiệm ..........................................................................14
Hình 2. 3 – Máy nén được sử dụng trong hệ thống .......................................................19
Hình 2. 4 – Thiết bị ngưng tụ ........................................................................................20
Hình 2. 5 – Thiết bị bay hơi ...........................................................................................21
Hình 2. 6 – Van tiết lưu tay ...........................................................................................22
Hình 2. 7 – Bình chứa cao áp ........................................................................................23
Hình 2. 8 – Phin lọc .......................................................................................................24
Hình 2. 9 – Kính xem gas ..............................................................................................24
Hình 2. 10 – Van chặn tay ở thiết bị ngưng tụ thường và 2 van chặn để kết nối với mơ
hình thí nghiệm ..............................................................................................................25
Hình 2. 11 – Đồng hồ áp suất.......................................................................................26
Hình 2. 12 – CB .............................................................................................................27
Hình 2. 13 – Relay trung gian .......................................................................................27
Hình 2. 14 – Cơng tác xoay ...........................................................................................28
Hình 2. 15 – Đèn báo ....................................................................................................28
Hình 2. 16 – Hình ảnh mơ phỏng 3D cách bố trí các thiết bị trong hệ thống ..............29
Hình 2. 17 – Một số hình ảnh khi thực hiện đồ án ........................................................30
Hình 2. 18 - Mặt trước của mơ hình ..............................................................................31
Hình 2. 19 - Mặt sau của mơ hình .................................................................................31
Hình 2. 20 - Hai mặt bên của mơ hình ..........................................................................32
Hình 2. 21 – Bên trong ngăn 2 ......................................................................................32
Hình 2. 22 – Bên trong ngăn 1 ......................................................................................33
Hình 2. 23 – Sơ đồ mạch động lực ................................................................................33
Hình 2. 24 – Sơ đồ mạch điều khiển ..............................................................................34
vi

Hình 2. 25 – Tủ điện điều khiển sau khi lắp đặt xong ...................................................34
Hình 2. 26 – Thiết bị ngưng tụ micro được sử dụng trong thí nghiệm .........................36
Hình 4. 1 – Sự thay đổi áp suất ứng với từng chế độ vận hành .................................... 41
Hình 4. 2 – Độ quá lạnh ứng của thiết bị ngưng tụ trong hệ thống ứng với từng chế độ
vận hành ........................................................................................................................42
Hình 4. 3 – Độ quá nhiệt của thiết bị bay hơi ứng với từng chế độ hoạt động .............42
Hình 4. 4 – Chu trình thực tế có q lạnh q nhiệt .....................................................43
Hình 4. 5 – Mơ hình thí nghiệm được đề xuất đối với thiết bị thí nghiệm giải nhiệt
bằng nước ......................................................................................................................44

vii


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2. 1 – Bảng áp suất p = a - 1 ...............................................................................16
Bảng 2. 2 – Bảng áp suất p = a + 1 ..............................................................................17
Bảng 2. 3 – Bảng áp suất p = a .....................................................................................17
Bảng 2. 4 – Bảng thống kê thông số các điểm nút của chu trình ..................................17
Bảng 2. 5 – Thơng số các điểm nút của chu trình .........................................................18
Bảng 2. 6 – Thơng số máy nén KULTHORN AZ 0411Y................................................19
Bảng 2. 7 – Kế hoạch thực hiện đồ án ..........................................................................30
Bảng 4. 1 – Thông số của chu trình thực tế................................................................... 43

viii


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Tính cấp thiết của đề tài
Các ngành kỹ thuật đang đóng vai trị chủ chốt trong cơng cuộc cơng nghiệp hóa hiện đại hóa của nước ta hiện nay. Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, ngành
công nghệ Kỹ thuật Nhiệt cũng đang từng bước cải thiện để đáp ứng các nhu cầu trong

công nghiệp cũng như đời sống. Một trong những vấn đề được các nhà nghiên cứu để
tâm nhất hiện nay đó là làm sao để nâng cao hiệu suất của hệ thống mà vẫn giữ nguyên
hoặc thu nhỏ được kích thước của các thiết bị trong hệ thống. Các thiết bị giải nhiệt như
thiết bị ngưng tụ điều hoà hoặc thiết bị ngưng tụ của các hệ thống lạnh thông dụng là một
trong những thiết bị được địi hỏi có kích thước nhỏ gọn để thuận tiện cho việc lắp đặt
nhất là đối với những nơi có mặt bằng nhỏ hẹp như chung cư, các toà nhà cao tầng,... Bên
cạnh những u cầu về kích thước thì những u cầu về hiệu suất của thiết bị, giá thành
đầu tư chế tạo cũng địi hỏi phải có sự nghiên cứu cải tiến để có thể đáp ứng được nhu
cầu sử dụng ngày càng tăng của các lĩnh vực kỹ thuật công nghệ.
Nắm bắt được những yêu cầu đó, các nhà khoa học không ngừng nghiên cứu các
giải pháp nhằm nâng cao hiệu suất của thiết bị theo nhiều cách thức khác nhau. Nhiều thí
nghiệm đã được thực hiện để có thể thu gọn được kích thước của thiết bị mà vẫn có hiệu
quả tốt, chi phí chế tạo, lắp đặt hợp lý.
Trong những năm đầu của thế kỷ 21, công nghệ micro được rất nhiều nhà khoa học
chú trọng nghiên cứu và đã được áp dụng vào những bộ trao đổi nhiệt của các hệ thống
công nghệ thuộc nhiều lĩnh vực khác nhau và kết quả thu được ngày càng khả quan như
khả năng trao đổi nhiệt tăng lên, kích thước của những bộ trao đổi nhiệt giảm xuống, hiệu
suất truyền nhiệt ngày càng được cải thiện. Đây là tiền đề cho việc phát triển những bộ
trao đổi nhiệt nhỏ gọn có hiệu suất cao đáp ứng được yêu cầu của các lĩnh vực công nghệ
kỹ thuật.
Nhận thức được sự quan trọng của việc phát triển cơng nghệ micro, nhóm chúng tơi
quyết định tìm hiểu và nghiên cứu tính tốn thiết kế một hệ thống để thí nghiệm thiết bị
ngưng tụ kênh micro. Từ đó, nhóm sẽ đề xuất được phạm vi hoạt động của hệ thống giúp
người sử dụng hệ thống lựa chọn các hình thức và thiết bị để thí nghiệm cho phù hợp.

1


1.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu
Cho đến nay đã có nhiều cơng trình nghiên cứu trong và ngồi nước về sự vận hành

cũng như sự ảnh hưởng của các thông số thiết kế và một vài yếu tố khác đến thiết bị
ngưng tụ, đặc biệt là thiết bị ngưng tụ kênh micro.
Goker và cộng sự [1] đã xây dựng mơ hình thí nghiệm một thiết bị ngưng tụ kênh
micro dùng môi chất R134a để nghiên cứu các ảnh hưởng của các thơng số như lưu
lượng khối lượng khơng khí giải nhiệt, chiều cao cánh tản nhiệt, độ nghiêng cánh tản
nhiệt và đường kính ống tới hệ số phát sinh entropy và chiều dài của thiết bị trao đổi
nhiệt. Với lưu lượng khối lượng khơng khí giải nhiệt là 0,08 kg/s và chiều dài cánh tản
nhiệt là 1,3 mm sẽ đạt được hệ số phát sinh entropy tối ưu nhất. Đường kính ống tối ưu
được xác định là 500 μm và chiều dài thiết bị sẽ càng nhỏ khi lưu lượng khối lượng
khơng khí giải nhiệt càng lớn.
Gustavo Pottker và cộng sự [2] giới thiệu một nghiên cứu lý thuyết về sự ảnh
hưởng của độ quá lạnh trong thiết bị ngưng tụ kênh micro tới hiệu suất của những hệ
thống sử dụng hơi nén. Nghiên cứu chỉ ra rằng khi độ quá lạnh tăng thì COP tăng đến
một giá trị lớn nhất đến khi độ chênh enthalpy giữa đầu vào và đầu ra của thiết bị bay hơi
nhỏ hơn độ tăng cơng nén riêng của chu trình thì COP bắt đầu giảm. Với nhiệt độ ngưng
tụ 35oC và nhiệt độ bay hơi 27oC cả 4 mơi chất được thí nghiệm (R1234yf, R410A,
R134a, R717) đều đạt COP cao nhất tại độ quá lạnh xấp xỉ 9oC. Qua nghiên cứu này, có
thể thấy các mơi chất có nhiệt ẩn hố hơi nhỏ thì có lợi hơn khi độ q lạnh tăng. Kết quả
nghiên cứu được chỉ ra bằng đồ thị dưới đây.

Hình 1. 1 – Độ tăng COP ứng với từng độ quá lạnh
2


Gustavo Pottker và cộng sự [3] giới thiệu một nghiên cứu thực nghiệm về sự ảnh
hưởng của độ quá lạnh trong thiết bị ngưng tụ của một hệ thống điều hồ khơng khí dùng
mơi chất R134a và R1234yf dưới những điều kiện vận hành giống nhau. Các nhà nghiên
cứu sử dụng một hệ thống điều hồ khơng khí có lắp đặt bộ hồi nhiệt, qua đó nghiên cứu
sự tăng giảm của giá trị COP khi thay đổi độ quá lạnh trong thiết bị ngưng tụ. Qua các
kết quả từ thực nghiệm, có thể thấy đối với hệ thống có lắp bộ hồi nhiệt thì độ tăng COP

khi tăng độ quá lạnh không lớn bằng hệ thống không lắp bộ hồi nhiệt. Kết luận được rút
ra từ đồ thị dưới đây.

Hình 1. 2 – Độ tăng COP khi có hồi nhiệt và khi khơng có hồi nhiệt
Đối với hệ thống có sử dụng hồi nhiệt tuy COP cao hơn (từ 1,93 đến 2,11) nhưng độ
tăng lại không cao bằng hệ thống khơng có hồi nhiệt (chỉ tăng 9% so với 18% của hệ
thống khơng có hồi nhiệt). Từ đó có thể kết luận rằng hệ thống có sử dụng hồi nhiệt làm
giảm độ tăng COP của hệ thống. Ngoài ra cả hai hệ thống có hồi nhiệt và khơng có hồi
nhiệt đều giảm được tổn thất tiết lưu và sẽ có lợi hơn khi sử dụng hồi nhiệt đối với hệ
thống dùng môi chất R1234yf.
Đánh giá sự ngưng tụ của kênh micro và đặc điểm trong mơ phỏng số hố Xiu-Wei
Yin cùng cộng sự [4] đã trình bày quá trình phát triển của mơ hình số hố thiết bị ngưng
tụ dựa trên phương pháp thể tích hữu hạn, xem xét tổng quan sự ảnh hưởng của nhiệt độ
và vận tốc của khơng khí đến hiệu suất. Kết quả được xác nhận với 45 điểm kiểm tra
trong phịng thí nghiệm bao gồm thí nghiệm với 1 thiết bị ngưng tụ và 2 thiết bị ngưng tụ
ghép đơi. Dịng khơng khí khơng đồng nhất có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất thơng
3


qua sự phân bố không đồng đều lưu lượng môi chất trong các đường ống của thiết bị
ngưng tụ. Đối với thí nghiệm sử dụng 1 thiết bị ngưng tụ, dịng khơng khí khơng đồng
nhất có ảnh hưởng 1,5% đến sự truyền nhiệt, 6,8% sự chênh lệch áp suất và 12,5% lượng
mơi chất nạp. Đối với thí nghiệm 2 thiết bị ngưng tụ ghép đơi, dịng khơng khí khơng hồ
trộn trong khoảng không gian giữa 2 thiết bị làm giảm 0,5% năng suất tổng, làm tăng
9,7% độ chênh lệch áp suất đối với dịng khơng khí khơng đồng nhất đi vào thiết bị thứ
nhất. Kết quả còn cho thấy dòng khơng khí khơng đồng nhất có ảnh hưởng lớn hơn đối
với thí nghiệm 2 thiết bị ghép đơi. Tỷ lệ tối ưu đối với số ống trong mỗi pass cũng được
đề xuất thông qua nghiên cứu này. Đối với hệ thống lắp đặt 1 thiết bị ngưng tụ, tỷ lệ số
ống là 2,5:1với 2 pass và 4:2:1 với 3 pass. Đối với hệ thống có 2 thiết bị ngưng tụ ghép
đơi, nếu thiết bị thứ 2 chỉ có 1 pass đơn và thiết bị thứ nhất có 2 pass thì tỷ lệ được đề

xuất là 2:1 đối với thiết bị thứ nhất.
Để tối ưu được kích thước thiết bị ngưng tụ kênh micro dạng ống uốn ziczac dùng
môi chất R209, Liang-Liang Shao cùng cộng sự [5] đã đưa ra một mơ hình số hố về
loại thiết bị ngưng tụ này, các kết quả tính tốn cho thấy phù hợp với kết quả thực
nghiệm. Qua phân tích các kết quả đạt được cho thấy số lượng pass uốn cong, số lượng
đường ống trong thiết bị và độ dài ống góp đầu vào là những thông số thiết kế cơ bản đối
với năng suất của thiết bị, độ chênh áp suất của mơi chất và lượng mơi chất nạp vào hệ
thống. Ít pass uốn cong hơn nghĩa là phải tăng số lượng đường ống của thiết bị và làm
ngắn lại ống góp đầu vào của thiết bị, do đó năng suất thấp, độ chênh áp suất thấp, lượng
môi chất nạp thấp và ngược lại. Nghiên cứu chứng minh được năng suất thiết bị sẽ cao
hơn khi dịng khơng khí giải nhiệt cho thiết bị được phân bố đồng nhất, đồng thời khi
thiết kế hoặc lắp đặt hệ thống phải hạn chế sự chiếm diện tích của các luồng khơng khí có
tốc độ thấp trên bề mặt thiết bị vì điều này làm giảm 20% hiệu suất.
Jun Li cùng cộng sự [6] đã giới thiệu sự bay hơi của dòng chảy 2 pha trong bình
ngưng tụ và thảo luận về ứng dụng của nó. Các nhà nghiên cứu cố gắng tăng hiệu suất
truyền nhiệt chung bằng cách sử dụng hệ số truyền nhiệt lớn từ phía dịng hơi. Nhóm
nghiên cứu giải thích lợi ích của việc tách riêng 2 pha hơi và lỏng và lý do làm tăng hiệu
suất của bình ngưng tụ. Các nghiên cứu được thực hiện trên 1 bình ngưng tụ kín kênh
micro sử dụng mơi chất R134a. Nghiên cứu chỉ ra rằng nhiệt độ trong quá trình ngưng tụ

4


thốt ra thấp hơn 1,3K so với bình ngưng tụ thông thường, áp suất ngưng tụ giảm trong
khoảng 2%.
Jun Li cùng cộng sự [7] trình bày các kết quả của một nghiên cứu thực nghiệm để
xác định sự ảnh hưởng của việc tách hơi và lỏng trong ống góp đầu vào của bộ ngưng tụ
kênh micro cho một hệ thống điều hồ khơng khí di động (Mobile Air Coditioning) . Môi
chất sử dụng trong hệ thống là R134a. Trong kiểm tra về mức độ trao đổi nhiệt họ nhận
thấy rằng ở cùng nhiệt độ nước vào và nước ra, thiết bị ngưng tụ có sự tách hai pha hơilỏng có tốc độ dòng chảy thấp hơn từ 1,6% đến 7,4% so với bình ngưng tụ thơng thường

đồng thời làm giảm nhiệt độ của môi chất rời thiết bị với cùng tốc độ dòng chảy. COP
giữa hai hệ thống được so sánh với cùng độ quá nhiệt, quá lạnh và năng suất làm lạnh. Hệ
thống có thiết bị ngưng tụ tách hai pha hơi-lỏng có COP cao hơn 6,6%.
Các thơng số kích thước của thiết bị cũng là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến
sự vận hành của thiết bị, vấn đề này được Zhang Huiyong và cộng sự [8] tìm hiểu thơng
qua việc nghiên cứu một mơ hình lý thuyết về thiết bị ngưng tụ kênh micro cho hệ thống
lạnh dân dụng nhằm tìm được thơng số thiết kế tối ưu cho thiết bị với số lượng và chiều
dài đường ống khác nhau. Kết quả của nghiên cứu chỉ ra rằng chiều dài đường ống tỷ lệ
nghịch với số lượng và đường kính ống, và việc sử dụng thiết bị ngưng tụ kênh micro
giúp giảm giá thành chế tạo thiết bị.
Ebrahim Al-Hajri và cộng sự [9] đã nghiên cứu sự truyền nhiệt và sự chênh lệch
áp suất đối với sự ngưng tụ của một thiết bị ngưng tụ kênh micro có tỷ lệ kích thước lớn
dùng mơi chất R134a và R245fa. Kích thước của thiết bị ngưng tụ được xác định như
sau: rộng 0,4 mm, cao 2,8 mm và dài 190 mm. Sự ảnh hưởng của tốc độ lưu lượng khối
lượng, nhiệt độ bão hoà và độ quá nhiệt đã được phân tích. Kết quả cho thấy:
• Hệ số truyền nhiệt và sự chênh lệch áp suất giảm xuống khi nhiệt độ bão hồ tăng lên.
• Tăng lưu lượng khối lượng làm tăng hệ số truyền nhiệt và sự giảm áp suất.
• Hệ số truyền nhiệt có một ít ảnh hưởng đến độ quá nhiệt, trong khi đó độ giảm áp suất
khơng có ảnh hưởng nào đáng kể.
• Mơi chất R245fa có hệ số truyền nhiệt cao hơn 25% so với R134a ở cùng điều kiện
vận hành.
• Sự giảm áp suất của R245fa cao hơn 100% so với R134a ở cùng điều kiện vận hành.

5


Long Huang cùng cộng sự [10] đã phát triển một mơ hình mới của những thiết bị
ngưng tụ kênh micro với cấu trúc hình học đa dạng. Mơ hình này đáp ứng được yêu cầu
nghiên cứu về các thông số hình học như loại cánh, chiều của cánh, cấu trúc hình học của
đường ống, hình dạng cổng vào, và vị trí của những đường ống và cánh. Các nhà nghiên

cứu đã xác nhận mơ hình mới với dữ liệu thực nghiệm từ 8 nguồn khác nhau, 8 lưu chất
khác nhau và với 18 cấu trúc hình học của các bộ trao đổi nhiệt kênh micro. Sự sai khác
tuyệt đối với sự truyền nhiệt là 2,7% và với sự chênh áp suất là 28%. Các mơ hình của
các thiết bị ngưng tụ kênh micro được sử dụng trong thí nghiệm trên thể hiện ở Hình 3.
a) Mơ hình thử nghiệm tiêu chuẩn 1

b) Mơ hình thử nghiệm 2 (có thay đổi hình dạng)

c) Mơ hình thử nghiệm 3 (ghép đơi)

d) Mơ hình thử nghiệm 4

Hình 1. 3 – Các mơ hình được sử dụng trong thí nghiệm của Long Huang
6


Bo Xu và cộng sự [11] thực hiện một nghiên cứu dựa trên thực nghiệm và mơ hình
số hố về một thiết bị ngưng tụ kênh micro trong một hệ thống lạnh dân dụng. Kết quả
nghiên cứu cho thấy khi giảm đường kính trong của đầu vào thiết bị (từ 6 mm đến 4 mm)
thì lượng mơi chất trong thiết bị ngưng tụ giảm (từ 6,9% đến 45,5%) và hầu như không
làm giảm hiệu suất của hệ thống, và với cách bố trí dịng mơi chất trong thiết bị kiểu
thuận dịng (để khơng khí có nhiệt độ thấp tiếp xúc với mơi chất có nhiệt độ thấp trước)
thì sẽ làm giảm phần lỏng môi chất trong thiết bị và làm giảm lượng môi chất nạp.
Sự ngưng tụ của môi chất trong thiết bị ngưng tụ kênh micro được J.S. Hu và cộng
sự [12] nghiên cứu bằng thực nghiệm. Trong 5 hình thái ngưng tụ đạt được qua thí
nghiệm, các nhà nghiên cứu khẳng định sự ngưng tụ với hình thái sủi bọt chậm chiếm đa
số trong thiết bị ngưng tụ kênh micro. Từ các kết quả thí nghiệm, có thể thấy ở cùng một
hệ số Reynold thì thiết bị ngưng tụ kênh micro với kích thước đường kính ống nhỏ hơn
có hệ số truyền nhiệt cao hơn. Sự chênh lệch áp suất trong thiết bị ngưng tụ kênh micro
cũng cao hơn do sự mất mát trong quá trình chuyển đổi pha. So với hệ thống macro, hệ

số truyền nhiệt trong hệ thống micro cao hơn và hệ số ma sát cũng thấp hơn, điều này tạo
tiền đề tốt cho sự phát triển của các hệ thống micro.
Để tối ưu hoá hiệu suất của thiết bị ngưng tụ kênh micro mà khơng thay đổi kích
thước của nó Mohammad và cộng sự [13] đã tiến hành thí nghiệm mơ phỏng hoạt động
của một thiết bị ngưng tụ kênh micro và so sánh kết quả thu được với thông số đo đạc từ
một mơ hình thực nghiệm. Kết quả thu được cho thấy sự tương đồng giữa kết quả mô
phỏng và thực nghiệm chứng tỏ sự chính xác của mơ phỏng là khá cao. Qua nghiên cứu,
người ta nhận thấy khi tăng đường kính ống từ giá trị nhỏ nhất tới lớn nhất sẽ gây giảm tỷ
lệ truyền nhiệt xuống khoảng 8% và sự chênh lệch áp suất cũng giảm 94%. Ngoài ra các
thông số khác liên quan đến thiết kế của thiết bị ngưng tụ kênh micro như hình dáng cánh
tản nhiệt, góc nghiêng của cánh,... khơng có sự ảnh hưởng đáng kể nào đến các thông số
khác của thiết bị.
Nghiên cứu sử dụng mơ hình tốn học động học nghiên cứu về thiết bị ngưng tụ
làm mát bằng khơng khí của Xing Xue và cộng sự [14] đã chỉ ra tầm quan trọng của thiết
bị ngưng tụ trong sự hoạt động của hệ thống đồng thời khẳng định thiết bị ngưng tụ luôn
hoạt động với điều kiện thay đổi liên tục. Các điều kiện được nghiên cứu bao gồm sự
thay đổi tốc độ máy nén, nhiệt độ khơng khí đầu vào, lưu lượng khơng khí đầu vào; đồng
7


thời các thông số trạng thái đều được biểu hiện dưới dạng hàm của nhiệt độ. Với một
hoặc nhiều điều kiện vận hành thay đổi kéo theo các thông số khác thay đổi: a) Khi tốc
độ máy nén tăng làm lượng môi chất chứa trong đường ống tăng dẫn đến áp suất ngưng
tụ tăng, b) Nhiệt độ khơng khí giải nhiệt tăng làm tăng áp suất ngưng tụ do sự trao đổi
nhiệt giảm, c) Khi tốc độ của dịng khơng khí giải nhiệt tăng thì áp suất ngưng tụ giảm do
sự truyền nhiệt tăng lên.
Tiếp tục nghiên cứu về các thơng số hình học và kích thước của thiết bị ngưng tụ
kênh micro, Santiago và cộng sự [15] thực hiện một nghiên cứu về mơ hình số hố của
thiết bị ngưng tụ kênh micro. Các thông số thiết kế được đề cập đến trong nghiên cứu bao
gồm số lượng pass về phía mơi chất, tỷ lệ kích thước của thiết bị và sự ảnh hưởng của các

cánh. Kết quả nghiên cứu cho thấy khi tăng số pass của thiết bị làm tăng hiệu quả truyền
nhiệt và sự chênh lệch áp suất, tỷ lệ kích thước tối ưu cũng được đề xuất với tỷ số L/H
nên nhỏ hơn 1 (L – Chiều dài bộ trao đổi nhiệt kênh micro, H – Chiều cao bộ trao đổi
nhiệt kênh micro).
Bằng cách kết hợp giữa mơ hình thực nghiệm và phân tích số hố, H. El Mghari và
cộng sự [16] đã nghiên cứu về sự truyền nhiệt khi ngưng tụ của một kênh micro đơn dưới
các dòng nhiệt biến đổi. Từ các kết quả đạt được, các nhà nghiên cứu nhận thấy với dòng
nhiệt lớn thì hệ số truyền nhiệt cao hơn và độ dài màng ngưng sẽ ngắn hơn.
Với mong muốn giảm lượng mơi chất nạp vào hệ thống và thu nhỏ kích thước hệ
thống, Pega và cộng sự [17] đã nghiên cứu một mơ hình thực nghiệm sử dụng 2 loại thiết
bị ngưng tụ kênh micro bao gồm loại có nhiều ống thẳng lắp song song (đường kính ống
0,7 mm) và loại ống uốn cong ziczac (đường kính ống 4,06 mm). Khi so sánh lượng môi
chất nạp vào hệ thống, các nhà nghiên cứu nhận thấy với thiết bị ngưng tụ kênh micro có
nhiều ống thẳng lắp song song thì lượng mơi chất nạp nào ít hơn 53% so với loại có ống
uốn cong ziczac, và lượng môi chất nạp vào là 18 g/kW so với 100 g/kW như những hệ
thống khác. Thiết bị ngưng tụ kênh micro với nhiều ống thẳng có hệ số truyền nhiệt cao
hơn từ 60% đến 80% so với thiết bị ngưng tụ micro có ống uống cong zic-zắc. Và với thể
tích nhỏ của kênh micro nhưng vẫn đảm bảo cùng một diện tích bề mặt thì kích thước của
cả hệ thống sẽ được thu nhỏ lại.
Liang và cộng sự [18] đã giới thiệu một thiết bị ngưng tụ kênh micro dùng cho hệ
thống điều hoà trên ôtô và phân tích các cải tiến được thực hiện trên thiết bị này. Thiết bị
8


này được cải tiến thêm ở đầu vào của thiết bị một trung tâm phân chia môi chất để đảm
bảo lượng mơi chất đồng nhất có thể đi vào pass tiếp theo. Kết quả cho thấy năng suất
lạnh gia tăng 9,6% và tốc độ môi chất tăng 13,34% nếu so sánh với thiết bị ngưng tụ
hàng ống thẳng song song bình thường.
Mohammad Hassan Shojaeefard cùng cộng sự [19] đã xây dựng một phương
pháp kết hợp để dự đoán sự phân bố lưu lượng môi chất dựa trên sự mô phỏng động lực

học chất lỏng cho phân tích 3D (giải quyết các vấn đề bên trong các ống góp đầu vào của
thiết bị ngưng tụ) và phương pháp phần tử hữu hạn để giải quyết các vấn đề về lưu lượng
môi chất trong các đường ống của thiết bị ngưng tụ. Kết hợp với mơ hình thực tế sử dụng
thiết bị ngưng tụ kênh micro gồm 4 pass, các nhà nghiên cứu chia nhỏ mỗi đường ống
trong mỗi pass làm 210 phần tử và nghiên cứu các đặc tính mơi chất trong từng phần tử.
Bằng cách sử dụng phương pháp kết hợp này, những ảnh hưởng của một vài thơng số
hình học đến sự phân bố sai lưu lượng môi chất như độ nhô ra của đầu các đường ống
trong ống góp đầu vào, vị trí gắn ống đầu vào của thiết bị ngưng tụ, đường kính ống đầu
vào thiết bị ngưng tụ đã được nghiên cứu. Đối với độ nhô ra của đầu các đường ống trong
ống góp đầu vào, khi tng nhụ ny t ẳ n ắ kớch thước đường kính ống thì làm
tăng sự chênh áp suất lên 14% và làm giảm năng suất thiết bị xuống 3,9%. Đối với vị trí
gắn ống đầu vào của thiết bị ngưng tụ, từ kết quả đạt được có thể kết luận càng gắn ở gần
đỉnh của ống góp đầu vào thì năng suất thiết bị càng lớn.

Hình 1. 4 – Mơ phỏng vị trí ống đầu vào
Đối với đường kính ống đầu vào, khi thay đổi từ 8 đến 12 mm thì độ giảm áp suất
giảm 1 kPa và năng suất tăng lên 126 W. Khi so sánh kết quả mơ phỏng với dữ liệu thực
tế thì sự sai khác về độ giảm áp suất, năng suất ngưng tụ, nhiệt độ môi chất ở đầu ra của
9


thiết bị không đáng kế (lần lượt là 2,8%; 4,1%; 3%) cho thấy độ chính xác của thiết bị.
Những kết quả đạt được có thể giúp các nhà thiết kế giảm thiểu sự ảnh hưởng của sự
phân bố sai lưu lượng môi chất đến hiệu suất của thiết bị trao đổi nhiệt.
Bằng việc mơ phỏng số hố, Hicham và cộng sự [20] đã sử dụng nhiều cơng thức
để tính tốn truyền nhiệt khi ngưng tụ và tìm ra cơng thức của Dobson [21] và Koyama
[22] là gần với thực tế nhất. Kết quả đạt được áp dụng cho nhiều thiết bị ngưng tụ kênh
micro với nhiều kiểu hình dáng, nhiều tỷ lệ kích thước, và nhiều thơng số hơi đầu vào.
Khi giảm đường kính ống của thiết bị từ 250 μm xuống 80 μm thì giảm độ dày của màng
ngưng và tăng hệ số truyền nhiệt lên khoảng 39% với cùng lưu lượng khối lượng.

Hasan và cộng sự [23] đã đánh giá sự ảnh hưởng của hình dáng kích thước đến đặc
tính truyền nhiệt và dịng chảy lưu chất của bộ trao đổi nhiệt kênh micro ngược chiều.
Kết quả cho thấy rằng với cùng thể tích bộ trao đổi nhiệt, khi tăng số lượng kênh sẽ làm
giảm hiệu suất và tổn thất áp suất, kênh có biên dạng hình trịn cho kết quả hiệu suất tổng
thể (nhiệt động và thủy lực) cao nhất.
Bằng phương pháp mô phỏng số, Mohammed cùng cộng sự [24] cũng đã nghiên
cứu ảnh hưởng của hình dạng kênh đến sự thay đổi hiệu suất nhiệt và dòng chảy của bộ
trao đổi nhiệt micro. Đối với bộ tản nhiệt micro thì có 3 hình dạng khác nhau là zigzag,
curvy, step được so sánh với bộ tản nhiệt có kênh thẳng và gợn sóng (wavy). Hiệu suất
bộ tản nhiệt kênh micro được đánh giá dựa trên thông số nhiệt độ, hệ số truyền nhiệt, tổn
thất áp suất, hệ số ma sát, ứng suất trượt trên thành kênh. Kết quả là trong cùng một mặt
cắt ngang, kênh micro có hình dạng zigzag cho hệ số truyền nhiệt lớn nhất, tiếp đến là
kênh curvy. Tuy nhiên, sự sụt áp trong bộ tản nhiệt kênh micro cao hơn kênh thẳng và
gợn sóng (wavy). Bộ tản nhiệt kênh micro dạng zigzag có trị số tổn thất áp suất, hệ số ma
sát và ứng suất trượt thành kênh cao nhất.
Kittipong Sakamatapana và cộng sự [25] đã chế tạo hệ thống thí nghiệm đa kênh,
với 14 kênh với đường kính thủy lực 1,1 mm, và 8 kênh với đường kính thủy lực 1,2 mm
được thiết kế như một thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống ngược dịng, với lưu lượng mơi
chất lạnh từ 340 đến 680 kg/m2, lưu lượng nhiệt 15,20 và 25 kW/m2 và nhiệt độ bão hòa
35 - 45°C. Kết quả cho thấy hệ số truyền nhiệt trung bình tăng với sự gia tăng chất lượng
hơi, thông lượng khối lượng và dòng nhiệt, nhưng giảm khi nhiệt độ bão hòa tăng.

10


Sira Saisorna và cộng sự [26] cũng đã làm thí nghiệm để tìm hiểu về sự truyền
nhiệt của dịng hơi chảy trong các kênh micro ngang và dọc khi sử dụng môi chất R134a.
Kết quả cũng chỉ ra rằng sự chuyển đổi chế độ dòng chảy và hệ số truyền nhiệt thường
phụ thuộc vào hướng dòng chảy trong điều kiện thí nghiệm nhất định. Ngồi ra, việc so
sánh giữa dữ liệu thực nghiệm và các dự đoán được đề xuất cho dịng chảy quy mơ lớn

hoặc luồng vi lượng được trình bày trong nghiên cứu này. Từ các dữ liệu cũng cho thấy
rằng hệ số truyền nhiệt dòng chảy thằng đứng cao hơn dòng chảy nằm ngang.
S. Yildiz và cộng sự đã [27] nghiên cứu sự truyền nhiệt trong quá trình ngưng tụ
hơi nước của R134a bên trong một ống vây nhỏ có hướng ống khác nhau. Nghiên cứu
này cho thấy sự truyền nhiệt xảy ra trong quá trình ngưng tụ hơi lạnh của môi chất R134a
trong một ống vây nhỏ nghiêng (đường kính 0,008m và dài 0,5m). Các thí nghiệm được
thực hiện ở áp suất hệ thống là 0,74 MPa và góc nghiêng 30°, 38°, 45°, 60° và 90° so với
chiều ngang. Các thí nghiệm chỉ ra góc nghiêng có ảnh hưởng đáng kể đến việc truyền
nhiệt trong quá trình ngưng tụ hồi lưu. Hệ số truyền nhiệt lớn nhất đã được tìm thấy ở
góc nghiêng 30°. Tại sự sắp xếp này, sự truyền nhiệt tăng lên 2,45 so với trường hợp
thẳng đứng. So sánh với các nghiên cứu trước đây cho thấy việc truyền nhiệt trong ống
vây nhỏ gấp 2,2 lần so với ống đồng, và tốt hơn 1,34 lần so với ống hình chữ nhật phẳng
ở độ nghiêng 30°.
G. Goss Jr. và cộng sự [28] đã nghiên cứu về sự truyền nhiệt trong quá trình ngưng
tụ R134a bên trong 8 bộ thiết bị trao đổi nhiệt kênh micro song song. Trong nghiên cứu
này, hệ số truyền nhiệt cục bộ được khảo sát thực nghiệm trong quá trình ngưng tụ đối
lưu của R134a bên trong 8 micro tròn (đường kính D = 0.77 mm). Các điều kiện đo bao
gồm áp suất, chất lượng hơi, thông lượng nhiệt và khối lượng dao động tương ứng từ 7,3
đến 9,7 bar; 0,55 đến 1, 17 đến 53 kW m-2, và 230 đến 445 kg m-2 s-1. Kết quả cho thấy
vận tốc và chất lượng hơi có ảnh hưởng quan trọng đến hệ số truyền nhiệt.
Yang Zoua và [29] cộng sự đã nghiên cứu sự ảnh hưởng của dầu lên sự phân bố
R134a trong bộ trao đổi nhiệt kênh micro với đầu ống góp thẳng đứng. Bài báo này trình
bày dịng chảy của mơi chất R134a và dầu (PAG 46) lên phía trên của bộ trao đổi nhiệt
kênh micro (so với R134a và R410A thuần túy) và ảnh hưởng của nó đến sự phân bố.
Hỗn hợp được đưa vào đầu ống góp thơng qua năm ống ở đáy và thốt ra khỏi năm ống ở
đầu ống góp cho biết dịng chảy trong kiểu bơm nhiệt của bộ phận gia cố ngoài trời trong
11


các hệ thống đảo chiều. Chất lượng dao động từ 0,2 đến 0,8 và tốc độ dòng chảy từ 1,5

đến 4,5 kg/h trên mỗi ống. Tốc độ tuần hoàn dầu (OCR) dao động từ 0% đến 4,7%.
Zhaogang Qi [30] cũng đã nghiên cứu thí nghiệm về hiệu suất của thiết bị ngưng tụ
kênh micro một pass với các loại môi chất lạnh R22, R410A và R407C trong hệ thống
điều hòa khơng khí dân dụng/thương mại. Các bài kiểm tra được thực hiện trong một
phòng nhiệt lượng kế dưới tải đầy đủ, 75% và 50% điều kiện đầy tải. Kết quả thí nghiệm
cho thấy sự ngưng tụ R410A có lượng chất thải nhiệt cao hơn tụ R22 và R407C lần lượt
tương ứng là 15,6 ~ 26,3% và 12,3 ~ 22,7%. Trong khi đó máy cơ đặc R407C có hiệu
suất truyền nhiệt tốt hơn bình ngưng R22 dưới điều kiện đầy đủ và 75% tải trọng nhưng
nhỏ hơn dưới 50% điều kiện tải. Từ các kết quả, sự ngưng tụ nhiệt của thiết bị ngưng tụ
được giữ ở mức không thay đổi khi vận tốc khơng khí tăng từ 2,56 m/s đến 3,10 m/s bởi
vì sự thay đổi nhiệt độ khơng khí bên ngoài rất nhỏ. Kết luận rằng thiết bị ngưng tụ kênh
micro một pass có thể được áp dụng trong điều hịa khơng khí dân dụng/thương mại, để
nâng cao hiệu năng hệ thống khi R22 được thay thế bởi R410A và R407C.
José M. Corberán và cộng sự [31] đã mô hình hố các thiết bị bay hơi và ngưng tụ
ống vây làm việc với R134A. Một mơ hình mơ phỏng máy tính cho các tấm trao đổi nhiệt
ống vây đã được phát triển, có khả năng tiên đốn sự truyền nhiệt của thiết bị bay hơi
hoặc bình ngưng với độ chính xác ±5% trong phạm vi nghiên cứu. Các phép đo đã được
thực hiện ở thiết bị bay hơi và ngưng tụ của một bộ điều hịa khơng khí nhỏ, cho phép
đánh giá chất lượng giả thiết của mơ hình và nghiên cứu về mối tương quan giữa hệ số
truyền nhiệt trong thiết bị bay hơi và ngưng tụ với sự giảm áp suất do ma sát, trong số
yêu cầu được đề cập nhiều nhất trong các tài liệu kỹ thuật, nhất trí với kết quả thực
nghiệm.

12


1.3. Mục đích của đề tài
Đề tài này tập trung nghiên cứu tính tốn các thơng số thiết kế để lựa chọn các thiết
bị cho hệ thống, sau đó tiến hành lắp đặt và chạy thực nghiệm để thu thập số liệu. Từ các
số liệu thực nghiệm thu thập được chúng tơi có thể đưa ra đề xuất phạm vi hoạt động của

hệ thống.
1.4. Giới hạn đề tài
Các số liệu thu được từ thực nghiệm cho thấy phạm vi hoạt động của hệ thống bị
giới hạn do dòng điện làm việc của máy nén.
1.5. Phương pháp nghiên cứu
- Tống quan các nghiên cứu liên quan.
- Tính tốn các thơng số để lựa chọn các thiết bị trong hệ thống thí nghiệm.
- Đề xuất mơ hình thí nghiệm.
- Lắp đặt hệ thống để chạy thực nghiệm lấy thông số.
- Thông qua các số liệu thực nghiệm để đề xuất phạm vi hoạt động của hệ thống.

13


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Cơ sở lựa chọn thiết bị cho hệ thống
2.1.1. Sơ đồ nguyên lý
Sử dụng đồ thị lgp – h để thể hiện chu trình lý thuyết của hệ thống thí nghiệm.

Hình 2. 1 – Đồ thị lgp - h của chu trình lý thuyết
1 – 2: Quá trình nén đoạn nhiệt đẳng entropy.
2 – 3: Quá trình ngưng tụ đẳng áp.
3 – 4 : Quá trình tiết lưu đẳng enthalpy.
4 – 1: Quá trình bay hơi đẳng áp.
5 – Điểm thuộc vùng lỏng bão hồ có áp suất po dùng để tính tốn các điểm nút khác.
Sơ đồ hệ thống được đề xuất như sau:

Hình 2. 2 – Sơ đồ hệ thống thí nghiệm
1 – Máy nén; 2 – Thiết bị ngưng tụ; 3 – Thiết bị thí nghiệm; 4 – Bình chứa cao áp;
5 – Dàn bay hơi; 6 – Van tiết lưu tay

14


Hơi quá nhiệt với áp suất cao sau khi được nén ra khỏi máy nén đi đến thiết bị
ngưng tụ (ở đây sử dụng hai loại thiết bị ngưng tụ là thiết bị ngưng tụ ống đồng cánh
nhôm truyền thống và thiết bị ngưng tụ ống đồng cánh nhơm kích thước micro) và toả
nhiệt cho môi trường xung quanh để ngưng tụ thành lỏng cao áp. Lỏng cao áp sau đó đi
tới bình chứa cao áp, một lượng lớn lỏng cao áp được trữ lại tại đây. Sau đó lỏng cao áp
tiếp tục đi tới dàn bay hơi, trước khi vào dàn bay hơi lỏng cao áp qua van tiết lưu tay và
áp suất môi chất được hạ xuống áp suất bay hơi đồng thời chuyển thành dạng vừa lỏng
vừa hơi. Hỗn hợp lỏng và hơi môi chất này đi vào dàn bay hơi, nhận nhiệt của khơng khí
xung quanh, bay hơi và được hút về lại máy nén tiếp tục chu trình.
2.1.2. Cơ sở tính tốn hệ thống
Đối với một hệ thống lạnh thì bốn thiết bị khơng thể thiếu là máy nén, thiết bị
ngưng tụ, thiết bị bay hơi, van tiết lưu. Tính tốn thiết kế hệ thống nghĩa là tính tốn cơng
suất thiết bị để từ đó đưa ra các số liệu cơ bản cho việc chọn lựa các thiết bị đó.
Để tính tốn các thơng số của chu trình ta cần xác định trước 2 giá trị cơ bản là
nhiệt độ ngưng tụ tk và nhiệt độ bay hơi to. Từ hai giá trị này ta bắt đầu tra bảng hơi bão
hoà và hơi quá nhiệt của môi chất R134a để xác định thông số các điểm nút của chu trình.
 Trạng thái điểm nút 1
Trạng thái 1 là điểm nằm trên đường hơi bão hoà khơ nên ta tra bảng Tính chất
nhiệt động của R134a ở trạng thái bão hoà [32] với giá trị to đã xác định và tra được các
thông số bao gồm áp suất ngưng tụ p1 = po, nhiệt độ t1, enthalpy h1 và entropy s1.
 Trạng thái điểm nút 5
Trạng thái 5 là điểm nằm trên đường lỏng bão hoà nên ta tra bảng Tính chất nhiệt
động của R134a ở trạng thái bão hoà [32] với giá trị to đã xác định và tra được các thông
số bao gồm p5 = p1, nhiệt độ t5, enthalpy h5 và entropy s5.
 Trạng thái điểm nút 3
Trạng thái 3 là điểm nằm trên đường lỏng bão hồ nên ta tra bảng Tính chất nhiệt
động của R134a ở trạng thái bão hoà [32] với giá trị t3 = tk, p3 = pk đã xác định và tra

được các thông số bao gồm enthalpy h3 và entropy s3.

15


 Trạng thái điểm nút 4
Trạng thái 4 là điểm nằm trong vùng hơi bão hồ ẩm và có áp suất bằng áp suất bay
hơi p4 = po nên nhiệt độ điểm 4, t4 = t5 = t1. Muốn tìm giá trị enthalpy điểm 4 cần biết độ
khô x4. Quá trình 3 – 4 là quá trình tiết lưu đẳng enthalpy nên h3 = h4, ta tính độ khơ của
điểm 4 theo công thức sau:

x4 =

h4 − h5
h1 − h5

(2.1)

Sau khi có giá trị độ khơ điểm 4 ta tính được giá trị entropy s4 bằng công thức sau:
s4 = s5 + x4 × ( s1 − s5 )

(1.2)

 Trạng thái điểm nút 2
Trạng thái 2 nằm ở vùng hơi quá nhiệt nên các giá trị như nhiệt độ t2, enthalpy h2 và
entropy s2 phải tra ở bảng Tính chất nhiệt động của hơi quá nhiệt R134a [32].
Với giá trị pk đã tìm được ta tra bảng hơi quá nhiệt với giá trị áp suất như vậy và
dựa vào dữ kiện s2 = s1 để tìm ra giá trị nhiệt độ và enthalpy của điểm 2.
Trong trường hợp không tim được giá trị áp suất ngưng tụ pk trong bảng hơi quá
nhiệt ta cần sử dụng phép nội suy để tìm điểm 2.

Giả sử pk = a nhưng trong bảng hơi quá nhiệt chỉ có giá trị áp suất thấp hơn hoặc
cao hơn giá trị a thì ta chọn 2 bảng số liệu với áp suất bằng a – 1 và a + 1 để tính các giá
trị nhiệt độ và enthalpy trên và dưới rồi từ đó nội suy để tính ra t2 và h2 cần tìm.
Bảng 2. 1 – Bảng áp suất p = a - 1
ta

ha

sa

t2’

h2’

s2

tb

hb

sb

Dùng công thức nội suy để tìm ra các giá trị t2’, h2’.

t2' =ta +
h2' =ha +

s2 − sa
× ( tb − ta )
sb − sa

(2.3)

s2 − sa
× ( hb − ha )
sb − sa

(2.4)

16


Bảng 2. 2 – Bảng áp suất p = a + 1
tc

hc

sc

t2”

h2”

s2

td

hd

sd

Dùng cơng thức nội suy để tìm ra các giá trị t2”, h2”.

t2" =tc +

s2 − sc
× ( t d − tc )
sd − sc

(2.5)

h2" =hc +

s2 − sc
× ( hd − hc )
sd − sc

(2.6)

Bảng 2. 3 – Bảng áp suất p = a
p(bar)

t(oC)

h(kJ/kg)

a–1

t2’

h2’

a

t2

h2

a+1

t2”

h2”

Dùng công thức nội suy để tìm ra các giá trị t2 và h2.
1
t 2 = t 2 ' + × ( t 2" − t 2 ' )
2

(2.7)

1
h2 = h2' + × ( h2" − h2' )
2

(2.8)

Vậy ta đã tính tốn xong thơng số các điểm nút của chu trình.
Ta thống kê lại các thông số vào bảng để tiện truy xuất dữ liệu khi cần thiết.
Bảng 2. 4 – Bảng thống kê thông số các điểm nút của chu trình

Điểm

t(oC)

p(bar)

s(kJ/kg.độ)

h(kJ/kg)

1

t1

po

s1

h1

2

t2

pk

s2

h2

3

t3

pk

s3

h3

4

t4

po

s4

h4

5

t5

po

s5

h5

17