LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu thân tơi, đƣợc thực dƣới hƣớng dẫn khoa học tập thể hƣớng dẫn Các số liệu kết nghiên cứu nêu luận án trung thực chƣa đƣợc cơng bố cơng trình Hà Nội, ngày 26 tháng năm 2017 Tập thể hƣớng dẫn PGS.TS Nguyễn Nguyên An Nghiên cứu sinh PGS.TS Hà Mạnh Thƣ i Tạ Văn Chƣơng LỜI CẢM ƠN Trƣớc hết, xin trân trọng cảm ơn Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện Đào tạo Sau Đại học, Viện Khoa học Công nghệ Nhiệt – Lạnh, thầy cô đồng nghiệp tạo điều kiện thuận lợi đóng góp nhiều ý kiến quý báu giúp tơi hồn thành luận án Đặc biệt, tơi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc đến hai Thầy hƣớng dẫn khoa học, PGS.TS Nguyễn Nguyên An PGS.TS Hà Mạnh Thƣ hết lòng hƣớng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho tơi suốt q trình thực luận án Tơi xin cảm ơn gia đình ngƣời thân bên tôi, ủng hộ động viên suốt q trình nghiên cứu Tơi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 26 tháng năm 2017 Tác giả luận án Tạ Văn Chƣơng ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Đối tƣợng nghiên cứu phƣơng pháp nghiên cứu 3 Nội dung nghiên cứu Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn luận án CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Nhu cầu sử dụng nƣớc nóng nƣớc ta 1.2 Sản xuất nƣớc nóng dùng thu NLMT kết hợp với bơm nhiệt 1.3 Vai trị việc mơ hệ thống NNMTBN 1.4 Tình hình nghiên cứu nƣớc 1.4.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nƣớc 1.4.2 Tình hình nghiên cứu nƣớc 22 1.4.3 Các vấn đề tồn .25 CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT MƠ PHỎNG HỆ THỐNG SẢN XUẤT NƢỚC NĨNG DÙNG BỘ THU NNMT KẾT HỢP VỚI BƠM NHIỆT 27 2.1 Lý thuyết chung mô 27 2.2 Cơ sở lý thuyết mô hệ thống NNMTBN 29 2.2.1 Mô bơm nhiệt .29 2.2.1.1 Mô bơm nhiệt theo phƣơng pháp kết hợp 30 2.2.1.2 Mô bơm nhiệt theo phƣơng pháp hàm đặc tính .46 2.2.2 Mơ bình chứa nƣớc nóng thu NLMT 47 2.2.2.1 Phƣơng pháp mô số CFD .47 2.2.2.2 Nghiên cứu mô đối tƣợng mơi trƣờng lập trình CFD 48 2.2.2.3 Mơ bình chứa nƣớc nóng .52 iii 2.2.2.4 Mô thu NLMT 53 2.2.3 Mô hệ thống NNMTBN 57 2.3 Kết luận chƣơng 61 CHƢƠNG XÂY DỰNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG HỆ THỐNG SẢN XUẤT NƢỚC NÓNG DÙNG BỘ THU NLMT KẾT HỢP VỚI BƠM NHIỆT 62 3.1 Xây dựng phần mềm mô bơm nhiệt 62 3.1.1 Xây dựng phần mềm mô máy nén 62 3.1.2 Xây dựng phần mềm mô bơm nhiệt 63 3.2 Xây dựng phần mềm mô thu NLMT 64 3.2.1 Xây dựng phần mềm mô thu NLMT có bình chứa nƣớc nóng 64 3.2.3 Mơ hoạt động ống thủy tinh chân không 79 3.3 Xây dựng phần mềm mô hệ thống NNMTBN 82 3.3.1 Xác định hàm đặc tính bơm nhiệt 82 3.3.2 Xác định hàm đặc tính thu NLMT 83 3.3.3 Xây dựng mơ hình mơ hệ thống NNMTBN 30 m3 85 3.3.4 Xây dựng mơ hình mơ hệ thống NNNLMT 89 3.4 Kết luận chƣơng 92 CHƢƠNG ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 93 4.1 Xây dựng hệ thống thí nghiệm kiểm chứng 93 4.2 Hệ thống thí nghiệm đề tài KC.05.03/11-15 101 4.2.1 Hệ thống NNMTBN Nha Trang 101 4.2.2 Hệ thống NNMTBN Hà Nội 104 4.3 Đánh giá độ tin cậy kết mô thu NLMT hệ thống NNMTBN 107 4.3.1 Đánh giá độ tin cậy kết mô thu NLMT 107 4.3.2 Đánh giá độ tin cậy kết mô hệ thống NNMTBN 30 m3 109 4.3.3 Đánh giá độ tin cậy kết mô hệ thống NNNLMT 110 4.4 Đánh giá độ tin cậy kết mô bơm nhiệt 114 4.5 Kết luận chƣơng 119 iv CHƢƠNG ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG VÀO THỰC TẾ 120 5.1 Nghiên cứu thông số hoạt động ống thủy tinh chân khơng 120 5.2 Phân tích hiệu lƣợng bơm nhiệt 123 5.3 Đánh giá hiệu hệ thống sản xuất nƣớc nóng dùng thu NLMT kết hợp với bơm nhiệt 124 5.4 Kết luận chƣơng 134 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 135 Kết luận 135 Đề xuất 136 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 137 TÀI LIỆU THAM KHẢO 138 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Các ký hiệu theo chữ Latinh Tên đại lượng Ký hiệu Cp Nhiệt dung riêng khối lƣợng đẳng áp Thứ nguyên kJ/(kgK) Hệ số bơm nhiệt - Dn Đƣờng kính ngồi ống m Dt Đƣờng kính ống m d Đƣờng kính ống m f nt Tỷ lệ diện tích vùng bão hồ TBNT - F Diện tích m2 Fbt Diện tích bề mặt thu m2 Fbh Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt TBBH m2 Fnt Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt TBNT m2 FR Hệ số lấy nhiệt thu G Cƣờng độ BXMT hấp thụ đơn vị diện tích Hd Tổng lƣợng tán xạ ngày mặt phẳng ngang kJ/(m2ngày) Hg Tổng lƣợng xạ ngày mặt phẳng ngang kJ/(m2ngày) Ht Tổng lƣợng xạ ngày bề mặt thu NLMT kJ/(m2ngày) i Entanpi kJ/kg I Cƣờng độ xạ toàn phần mặt phẳng thu W/m2 Ig Cƣờng độ xạ tổng xạ mặt phẳng ngang W/m2 Ib Cƣờng độ xạ trực xạ mặt phẳng ngang W/m2 Id Cƣờng độ xạ tán xạ mặt phẳng ngang W/m2 Ir Cƣờng độ xạ phản xạ mặt phẳng ngang W/m2 Is Cƣờng độ xạ toàn phần mặt phẳng ngang W/m2 k Hệ số truyền nhiệt W/(m2K) kbh Hệ số truyền nhiệt TBBH W/(m2 K) knt,ng Hệ số truyền nhiệt vùng bão hoà TBNT W/(m2K) knt,qn Hệ số truyền nhiệt vùng nhiệt TBNT W/(m2K) COP lo Chiều dài ống thủy tinh chân không vi W/m2 m lr Công nén riêng thực máy nén kJ/kg ls kJ/kg M Công nén riêng đoạn nhiệt thuận nghịch máy nén Lƣợng nƣớc hệ thống m Lƣu lƣợng khối lƣợng môi chất kg/s Nel Công suất điện máy nén kW Nme Công suất máy nén kW Nr Công suất nén thực máy nén kW Ns Công suất nén thuận nghịch máy nén kW p Áp suất Pa Q Năng suất nhiệt kW Qbt Năng suất nhiệt hữu ích thu NLMT kW Qht Năng suất nhiệt hấp thụ bề mặt thu NLMT kW qo Năng suất lạnh riêng TBBH Qo Năng suất lạnh qk Năng suất thải nhiệt riêng TBNT Qk Năng suất thải nhiệt kW Qtt Nhiệt tổn thất kW rb Hệ số chuyển đổi thành phần trực xạ - rd Hệ số chuyển đổi thành phần tán xạ - rr Hệ số chuyển đổi thành phần phản xạ - Rij Tensor ứng suất Reynolds kg kJ/kg kW kJ/kg kg/(ms2) t Nhiệt độ o th Nhiệt độ mối hàn hấp thụ ống o tkk Nhiệt độ môi trƣờng o tm,min Nhiệt độ cực tiểu trung bình tháng o to Nhiệt độ bay môi chất lạnh o tk Nhiệt độ ngƣng tụ môi chất lạnh o tv Nhiệt độ môi chất cấp nhiệt cho TBBH o tr Nhiệt độ môi chất làm mát TBNT o tw Nhiệt độ bề mặt o C C C C C C C C C vii u Vận tốc Utt Hệ số tổn thất nhiệt toàn phần thu V Thể tích m3 Vq Thể tích quét máy nén cm3 Vlt Lƣu lƣợng thể tích lý thuyết đầu hút máy nén W Khoảng cách tâm ống m Δ Sai lệch - tm m/s W/(m2K) cm3/s Chênh lệch nhiệt độ đơn vị Km2/W tm,m Trung bình ngày chênh lệch nhiệt độ đơn vị Km2/W tk,bh K to Chênh lệch nhiệt độ trung bình vùng bão hồ TBNT Chênh lệch nhiệt độ trung bình vùng nhiệt TBNT Chênh lệch nhiệt độ trung bình TBBH tql Độ lạnh K tqn Độ nhiệt K tk,qn K K Các ký hiệu theo chữ Hy Lạp Tên đại lượng Ký hiệu Thứ nguyên 𝛼 Hệ số tỏa nhiệt đối lƣu W/(m2K)  Góc nghiêng thu độ  Góc tới tia xạ độ  Góc vĩ độ mặt trời độ  Sai số tƣơng đối % γ Góc phƣơng vị độ  Góc chắn tia trực xạ độ  Góc vĩ độ độ  mt Góc thời gian độ Hệ số phản xạ mơi trƣờng xung quanh -  Hiệu suất thể tích máy nén - slip Hệ số trƣợt động máy nén - el Hiệu suất điện máy nén - me Hiệu suất máy nén - s Hiệu suất không thuận nghịch máy nén - viii e Hệ số làm lạnh -  Thời gian s t,max Số nắng ngày h/ngày () ρ Tích số truyền – hấp thụ -  Độ nhớt động học môi chất m2/s μ Độ nhớt động lực học môi chất Pa.s Chỉ số trên, dƣới a kg/m3 Khối lƣợng riêng Ý nghĩa Môi trƣờng bd Ban đầu bh Bão hòa, bay bn Bơm nhiệt bt Bộ thu NLMT d Đẩy e Bay el Điện h Hút ht Hấp thụ hi Hữu ích k Ngƣng tụ kk Khơng khí mt Mặt trời, mơi trƣờng me Cơ khí n Nƣớc, năm ng Ngƣng nn Nƣớc nóng nt Ngƣng tụ o Thơng số ban đầu, bay ql Quá lạnh ix qn Quá nhiệt r Ra, thực, mơi chất lạnh s Đoạn nhiệt tb Trung bình tt Tổn thất tƣ Tối ƣu v Vào Các chữ viết tắt Ký hiệu Tên đại lượng ANNL An ninh lƣợng BN Bơm nhiệt BXMT Bức xạ mặt trời CĐBX Cƣờng độ xạ CFD Computational Fluid Dynamics EES Engineering Equation Solver Hệ thống NNMTBN Hệ thống NNNLMT Hệ thống sản xuất nƣớc nóng dùng thu lƣợng mặt trời kết hợp với bơm nhiệt Hệ thống sản xuất nƣớc nóng dùng thu lƣợng mặt trời NLMT Năng lƣợng mặt trời SSTĐ Sai số tƣơng đối TBBH Thiết bị bay TBNT Thiết bị ngƣng tụ TRNSYS Transient System Simulation Tool x ... chế hệ thống sản xuất nƣớc nóng dùng thu NLMT kết hợp với bơm nhiệt Do đó, để giải vấn đề đặt trên, tác giả chọn đề tài: ? ?Nghiên cứu mơ q trình nhiệt hệ thống sản xuất nước nóng dùng thu NLMT kết. .. hình nghiên cứu nƣớc 22 1.4.3 Các vấn đề tồn .25 CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ PHỎNG HỆ THỐNG SẢN XUẤT NƢỚC NÓNG DÙNG BỘ THU NNMT KẾT HỢP VỚI BƠM NHIỆT 27 2.1 Lý thuyết chung mô. .. kết hợp với bơm nhiệt? ?? để nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu phƣơng pháp nghiên cứu - Đối tƣợng nghiên cứu luận án hệ thống NNMTBN đƣợc sử dụng phổ biến Việt Nam (hệ thống kết hợp thu NLMT bơm nhiệt