Đang tải... (xem toàn văn)
Mục tiêu nghiên cứu: Nghiên cứu sự phân tầng nhiệt độ của nước bên trong bình chứa. Để hiểu rõ hơn, mời các bạn tham khảo chi tiết nội dung luận văn.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐẠO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGUYỄN VĂN LƯƠNG THIỆN NGHIÊN CỨU VỀ SỰ PHÂN TẦNG NHIỆT CỦA NƯỚC Chuyên ngành : Công nghệ Nhiệt Mã số : 60.52.80 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng – Năm 2014 Cơng trình hồn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS THÁI NGỌC SƠN Phản biện 1: PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng Phản biện 2: PGS.TS Hoàng Dương Hùng Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Công nghệ nhiệt họp Đại học Đà Nẵng vào ngày 20 tháng 12 năm 2014 Có thể tìm hiểu tại: - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng - Trung tâm Thông tin – Tư liệu, Đại học Đà Nẵng MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết đề tài Ngày nay, tiết kiệm lượng đối phó với biến đổi khí hậu ưu tiên hàng đầu quốc gia Trong hệ thống đun nước nóng sử dụng lượng mặt trời, phân tầng nhiệt độ bồn chứa nước nóng có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất nhiệt hệ thống vấn đề quan trọng việc thiết kế bồn chứa trữ nhiệt Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu phân tầng nhiệt độ nước bên bình chứa Giả thuyết nghiên cứu Đưa số giả thuyết để giải phương trình vi phân mơ tả phân tầng nhiệt kiểm chứng qua thực nghiệm Đối tượng phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu phân tầng nhiệt độ nước bên bình chứa đặt đứng ngang Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với mơ hình thực nghiệm mơ số Ý nghĩa khoa học thực tiễn - Áp dụng lý thuyết tính tốn vào mơ hình thực tế - Áp dụng phần mềm tính tốn mơ để giải tốn phân tầng nhiệt - Nâng cao hiệu suất thu lượng mặt trời, góp phần tích trữ nước nóng lâu dài giảm tiêu thụ điện cao điểm CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ SỰ PHÂN TẦNG NHIỆT CHẤT LỎNG 1.1 TỔNG QUAN VỀ SỰ PHÂN TẦNG NHIỆT VÀ LƯU TRỮ NHIỆT 1.1.1 Giới thiệu bồn trữ nhiệt a Phân loại dạng bồn chứa nước nóng b Ứng dụng bồn chứa nước nóng 1.1.2 Các phương pháp thu thập tích trữ nhiệt lượng mặt trời 1.1.3.Tổng quan phân tầng nhiệt bồn lưu trữ Phân tầng nhiệt nước bồn lưu trữ nhiệt phân bố nhiệt độ phần tử nước theo chiều cao bồn chứa lưu trữ Nó tạo chênh lệch mật độ nước theo nhiệt độ Sự phân tầng nhiệt nước bình chứa có ảnh hưởng quan trọng đến hiệu suất nhiệt hệ thống nước nóng sử dụng lượng mặt trời 1.1.4.Phân loại dạng phân tầng nhiệt chất lỏng a Phần tầng động b Phân tầng tĩnh 1.1.5.Ứng dụng phân tầng nhiệt · Ứng dựng phân tầng nhiệt để nâng cao hiệu suất thu lượng măt trời · Ứng dụng lượng hạt nhân · Ứng dụng bồn lưu trữ lạnh 1.2 CÁC NGHIÊN CỨU VỀ SỰ PHÂN TẦNG CỦA CHẤT LỎNG 1.2.1.Các vấn đề ảnh hưởng đến phân tầng nhiệt nước bồn chứa Sự phân tầng nhiệt bình chứa nước nóng bị ảnh hưởng nhân tố: Ø Dòng chảy đối lưu tự nhiên bên thành bình sinh tổn thất nhiệt nước môi trường xung quanh Ø Sự truyền nhiệt từ bình chứa trữ nhiệt mơi trường xung quanh thơng qua vách bình Ø Sự khuếch tán nhiệt nước lạnh nước nóng bề mặt phân cách khác biệt nhiệt độ Ø Sự truyền nhiệt đối lưu cưỡng dòng chảy xun suốt bình chứa chế độ động 1.2.2 Các nghiên cứu phân tầng nước a Nghiên cứu phân tầng nhiệt nước b Những nghiên cứu nước 1.3 CÔNG CỤ ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ PHÂN TẦNG NHIỆT CỦA BỒN CHỨA Những phương pháp tính thiết kế áp dụng cho bình lưu trữ nhiệt ln thay đổi cải tiến nhằm nâng cao hiệu suất bồn trữ nhiệt Đặc biệt phương pháp đánh giá mức độ phân tầng nhiệt bể chứa đưa gân Sau có phát triển mạnh mẽ khoa học công nghệ, đặc biệt máy tính cá nhân Mơ hình đưa dựa nguyên lý định luật nhiệt động kết hợp với định luật nhiệt động exergy lưu trữ Phương trình mơ tả lượng lưu trữ Elt exergy ξlt lưu trữ Ein = Elt = c p ( T - T0 ) ỉT xlt = c p ( T - T0 ) - c p T0 ln ç ÷ è T0 ø x* =1Exergy khơng thứ ngun : x -xmix xst -xmix (1.1) (1.6) CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI HỆ PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN VÀ MƠ PHỎNG Q TRÌNH PHÂN TẦNG NHIỆT CỦA CHẤT LỎNG 2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI TÍCH Sử dụng phương pháp chuẩn hóa, định lý hợp nghiệm, phương pháp tách biến Fourier, phương pháp nghiệm riêng không ổn định phương pháp biến thiên số… để giải phương trình vi phân dẫn nhiệt 2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP SỐ 2.2.1 Phương pháp sai phan hữu hạn 2.2.2 Phương pháp phần tử hữu hạn 2.3 MỘT SỐ VẤN ĐỀ CƠ BẢN TRONG TÍNH TỐN ĐỘNG LỰC HỌC LƯU CHẤT (CFD) 2.3.1 CFD gì? 2.3.2 Vai trò ứng dụng CFD 2.3.3 Những phương trình chủ đạo CFD a Phương trình liên tục Phương trình liên tục + ∇ ⃗ = b Phương trình động lượng (2.4) Phương trình Navier-Stokes nhận dạng bảo toàn sau = + ⃗ ∇ (2.12) c Phương trình lượng Đây dạng khơng bảo tồn phương trình lượng dạng lượng tồn phần (e + V2/2) ( ) + + = + ( ) + + + ( ) ⃗ ⃗ + ̇+ + +∇ − + ( + ) + + ( ⃗ ) + ( + ( d Phương trình lớp biên + = 2.4.PHẦN MỀM MƠ PHỎNG CFD – ANSYS FLUENT ) + ) + (2.15) (2.19) Giới thiệu phần mềm mô ANSYS FLUENT ANSYS FLUENT phần mềm với khả mô hình hóa cách rộng rãi đặc tính vật lý cho mơ hình dòng chảy chất lưu, rối, trao đổi nhiệt phản ứng áp dụng công nghiệp từ dòng chảy qua cánh máy bay đến trình cháy nhiên liệu lò hơi, từ cột bọt khí đến đệm dầu, từ dòng chảy mạch máu việc chế tạo vật liệu bán dẫn từ thiết kế phòng thiết bị xử lí nước thải Các mơ hình đặc biệt giúp cho phần mềm có khả mơ hình hóa buồng cháy động cơ, giản nở dòng turbine, ngưng tụ mơi chất R22 bình ngưng hệ thống đa pha nhằm phục vụ cho việc mở rộng khả phần mềm CHƯƠNG XÂY DỰNG VÀ GIẢI BÀI TOÁN PHÂN TẦNG NHIỆT CỦA NƯỚC 3.1 BÀI TOÁN PHÂN TẦNG NHIỆT THEO PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 3.1.1 Xây dựng giải toán phân tầng động cho bình đứng a Bài tốn Cho bình trữ nhiệt hình trụ đặt thẳng đứng chứa đầy nước nhiệt độ ban đầu to oC, bình có đường kính D chiều cao H, với đầu nước vào có đường kính d1 nhiệt độ tin oC đầu nước đường kính d2 nhiệt độ tout oC, bên bọc lớp cách nhiệt bơng thủy tinh có độ dày δcn hệ số dẫn nhiệt λcn Tìm phân bố nhiệt độ bình theo thời gian Hình 3.1 Mơ hình phân tầng động cho bình đứng b Giả thiết nghiên cứu Phương trình cân lượng thể tăng nhiệt độ nước, tổn thất nhiệt xung quanh thành bình, dẫn nhiệt khơng ổn định qua lớp… Quá trình dẫn nhiệt đối lưu nhiệt từ lớp có nhiệt độ cao phía xuống lớp có nhiệt độ thấp phía khơng ổn định phức tạp, để đơn giản ta xác định dòng nhiệt vào khỏi lớp thứ i theo hệ số dẫn nhiệt tương đương λeff dạng phương trình Fourier [10] Dòng nhiệt layer i-1 i layer i to i+1 tính phương trình Fourier: Qfree = Qfree,i-1®i - Qfree,i1®i +1 = - Aq = Aq leff (T s,i +1 leff z (T s,i leff ổ - Ts,i-1 ) - ỗ - Aq (Ts,i+1 - Ts,i ) ÷ z è ø - 2Ts,i + Ts,i-1 ) (3.1) Các thông số vật lý nước phụ vào nhiệt độ xác định theo: - Phương trình nhiệt dung riêng nước phụ thuộc nhiệt độ: [14] z c p = 4, 20511 - 0,136578.10-2.T + 0,152341.10-4.T (3.2) -Phương trình khối lượng riêng nước phụ thuộc vào nhiệt độ: æ (T + 288,9414)(T - 3,9863) r = 1000 ỗ1 ÷ (508929, 2(T + 68,12963)) ø è (3.3) c Mô hình tốn Vậy để tìm phân bố nhiệt độ nước bình chứa cần giải hệ phương trình sau: Khi hệ phương trình dạng vi phân: ì* l dt1 + F1 eff ( t1 - t2 ) + ( knap F + k xq Fxq ) ( t1 - t f ) ïm1 c p ( tin - t1 ) = ( m1c p )1 t d1 d ï ï* dti leff - Fi ( ti -1 - 2ti + ti +1 ) + k xq Fxq ( ti - t f ) ími c p ( ti -1 - ti ) = ( mi c p )i di dt ï ï* l dt ïm n c p ( tn -1 - tn ) = ( mn c p ) n + Fn eff ( tn -1 - tn ) + ( kd F + k xq Fxq ) ( tn - t f d t d1 ỵ ỹ ù ù ù ý ù ù )ù ỵ (3.10) Với i = đến n-1 Khi sử dụng phương pháp số: ì ü leff ù Dt é * m1 c p ( tin - t1,t ) - F ( t1,t - t2,t ) - ( knap F + kxq Fxq )(t1,t - t f )ú ït1,t +Dt = t1,t + ï d m1,t cp ,t êë û ï ï ï ï * l é ù D t ï ï eff íti,t +Dt = ti,t + êmi ,t cp ,t ( ti -1,t +Dt - ti,t ) + F d ( ti -1,t +Dt - 2ti,t + ti +1,t ) - kxq Fxq ( ti,t - t f ) ú ý mi ,t cp ,t ë ûï ï ï ï * l ïtn,t +Dt = tn,t + Dt émn c p ( tn-1,t +Dt - tn,t ) - F eff ( tn -1,t - tn,t ) - ( kd F + kxq Fxq )( tn,t - t f )ù ï ỳ ùợ d mn,t cp ,t ỷ ùỵ (3.11) Với i = đến n-1 d Lời giải Cho bình trữ nhiệt hình trụ đặt thẳng đứng chứa đầy nước với thể tích V= 250 lít có hệ số dẫn nhiệt tương đương λeff =0,644 W/m.K ( Bình chứa với thể tích chuẩn Rinnai) nhiệt độ ban đầu to = 29 o C, bình có đường kính D=500 mm chiều cao H=1250 mm, với đầu nước vào có đường kính d1=16mm, nhiệt độ tin =60 oC, lưu lượng vào 0,05 kg/s đầu nước đường kính d2=d1=16 mm, bên ngồi bọc bảo ơn cách nhiệt dày 50 mm có hệ số dẫn nhiệt λcn= 0,04 W/m.K Dọc theo chiều cao bình ta chia bình thành n lớp ( hình vẽ), lớp có độ dày δ= H/n=1250/20= 62,5mm Bình đặt mơi trường khơng khí với nhiệt độ mơi trường tf= 30 o 10 Ta có đồ thị nhiệt độ chiều cao bình theo thời gian: Hình 3.4 Đồ thị thể nhiệt độ theo thời gian 3.1.2 Xây dựng giải toán phân tầng động cho bình nằm ngang Xây dựng giải tương tụ toán phân tầng động bình đứng Cho bình trữ nhiệt hình trụ đặt nằm ngang chứa đầy nước với thể tích V= 250 lít có hệ số dẫn nhiệt tương đương λeff =0,644 W/m.K ( Bình chứa với thể tích chuẩn Rinnai) nhiệt độ ban đầu to = 29 oC, bình có đường kính D=500 mm, chiều cao với đường kính H= 500 mm chiều dài 1250mm, với đầu nước vào có đường kính d1=16mm, nhiệt độ tin = 60 oC, lưu lượng vào 0,05 kg/s đầu nước đường kính d2=d1=16mm nhiệt độ tout = 29 oC, bên bọc bảo ôn cách nhiệt dày 50mm Dọc theo chiều cao bình ta chia bình thành n= 20 lớp (như hình vẽ), lớp có độ dày δ= H/n=500/20= 25mm Bình đặt mơi trường khơng khí với nhiệt độ mơi trường tf= 30 oC 11 Bảng 3.3: Thông số hình học bồn nằm ngang Thơng số hình học bồn nằm ngang Ký Giá Nội dung hiệu trị Đơn vị Chiều dài bồn L 1.25 m Đường kính bồn D 0.5 m Thành bồn dày δb 0.003 m Hệ số dẫn nhiệt thành bồn λb 50 W/mK Chiều dày lớp cách nhiệt δcn 0.05 m Hệ số dẫn nhiệt lớp cách nhiệt λcn 0.04 W/mK Lưu lượng nước vào Nhiệt độ nước vào Nhiệt độ ban đầu bồn Nhiệt độ môi trường Hệ số truyền nhiệt vách đứng, nước/khơng khí( Bên) Hệ số truyền nhiệt vách ngang, nước/khơng khí (Đáy) Hệ số truyền nhiệt vách ngang, nước/khơng khí (Nắp) Hệ số truyền nhiệt vách ngang khơng khí/khơng khí (Nắp) Hệ số truyền nhiệt vách đứng, khơng khí/khơng khí (Bên) Hệ số dẫn nhiệt nước G tin to tf 0.05 60 29 30 kg/s o C o C o C k1 0.601 W/m2K k2 0.421 W/m2K k3 0.782 W/m2K k4 0.613 W/m2K k5 λeff 0.472 0.644 W/m2K W/mK Số lớp n 20 Bước thời gian tính tốn, s Δτ s Bước thời gian hiển thị, s 60 s Khoảng thời gian khảo sát, s 12500 s Lập trình xác định phân bố nhiệt độ phần mềm microsoft excel công cụ VBA với thông số nước ρ, Cp phụ thuộc vào nhiệt độ hệ số truyền nhiệt k từ vách mơi trường [Phụ lục A] 12 Ta có đồ thị nhiệt độ chiều cao bình theo thời gian: Hình 3.8 Đồ thị thể nhiệt độ theo thời gian bồn nằm ngang 3.2 GIẢI BÀI TOÁN PHÂN TẦNG NHIỆT ÁP DỤNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG 3.2.1 Mơ hình hóa tốn a Mơ hình hóa tốn cho bình đặt đứng b Mơ hình hóa tốn cho bình nằm ngang Hình 3.9 Mơ hình hóa tốn Hình 3.10 Mơ hình hóa đặt đứng cho bình nằm ngang c Khảo sát ảnh hưởng yếu tố đến phân tầng nhiệt i Ảnh hưởng hình dạng, tỷ lệ chiều cao đường kính (H/D) ii Ảnh hưởng lưu lượng đầu vào 13 iii Ảnh hưởng vị trí đầu nước nóng vào nước lạnh 3.2.2 Hệ phương trình vi phân mơ q trình phân tầng nhiệt nước bồn chứa - Phương trình liên tục: [14] r ¶r +Đ rv = ¶t ( ) (3.23) - Phương trình động lượng :[14] r r r r ur ¶v r + r v.Đ v = -Đp + m.Đ v + r g (3.24) ¶t ( ) - Phương trình lượng: [14] ¶T r l + v.Đ T = Đ 2T ¶t rcp (3.25) Ta có hệ phương trình vi phân: r ì¶r ü +Đ r v =0 ï ¶t ï ï r ï r r r u r ï ¶v ï ír + rv.Ñ v = -Ñp + m.Ñ v + r g ý ï ¶t ï l ï¶T r ï ï ¶t + v.ĐT = rc Đ T ï p ợ ỵ ( ) ( ) (3.26) Cỏc phng trỡnh động lực học chất lưu bồn phân tầng nhiệt theo giả định Boussinesq: ¶ (r r ur ) ¶ ( r uq ) ¶(r uz ) + + = r ¶r r ¶q ¶z (3.27) 14 ¶p ¶ur ¶ u r uq ¶ u r uq2 ¶ur + ur + + ur =r ¶q r r ¶r ¶t ¶r ¶z é ¶ ỉ ¶ur ö ur ¶ 2u r ¶ uq ¶ u r ù +u ê + + r ỗ ữ ỳ r ảq r ¶q ¶z û ë r ¶r è ¶r ø r (3.28) ¶uq ¶u u ¶u u u ¶u ¶p + ur q + q q - r q + uZ q = ¶t ¶r ¶z r r ¶q r ¶q r é ¶ ỉ ¶uq +u ê çr ë r ¶r è ¶r 2 uq ¶ uq ¶ur ¶ uq ù + + ỳ ữ r ảq r ảq ¶z û ø r (3.29) ¶u z ¶ u z uq ¶ u z ¶u z ¶p + ur + + uZ =+ rg ¶t ¶r r ¶q ¶z r ¶z é ¶ ỉ ¶u z ¶ u z ¶ u z ù +u + ỗr ữ+ ỳ ảz û ë r ¶r è ¶r ø r ¶q (3.30) é ¶ ỉ ¶T ¶ 2T ¶ 2T ù ¶T ¶T uq ¶T ¶T + ur + + uZ =kờ + 2ỳ ỗr ữ+ 2 ảt ¶r r ¶q ¶z ¶z û ë r ¶r è ¶r ø r ¶q (3.31) - Phương trình lớp biên Phương trình đối lưu cho mơ hình tiêu chuẩn K-epsilon + Động chảy rối k ( ( )+ ( )= + Tiêu tán rối ϵ )+ ( )= + + + + + ( − + − + )− Các hệ số mơ hình chảy rối K-epsilon C1e = 1.44 C 2e = 1.92 C m = 0.09 s k = 1.0 (3.32) + (3.33) s e = 1.3 - Khối lượng riêng nước phụ thuộc nhiệt độ [13]: r = 863 + 1, 21.T - 0,00257.T ( 3.34) 15 - Độ nhớt nước phụ thuộc nhiệt độ [13]: ỉ T m = 0, 0007 ỗ ữ ố 315 ứ -5,5 (3.35) - H số dẫn nhiệt nước phụ thuộc nhiệt độ [13]: l = 0,375 + 8,84.10-4.T (3.36) Trong đó: T: nhiệt độ nước, oK 3.2.3 Mơ tốn phân tầng nhiệt phần mềm ANSYS FLUENT Bước 1: Xây dựng kích thước hình học tốn Bước 2: Chia lưới cho phần thể tích nước bồn Bước 3:Các bước thiết lập giải ANSYS FLUENT sau: Bước 4: Xử lý kết 3.3 KẾT QUẢ MƠ PHỎNG VÀ NHẬN XÉT 3.3.1 Kết tính toán phân tầng nhiệt bồn đứ a Kết mơ mơ hình Dong_3D-1 Hình 3.14: Các đường nét nhiệt độ mơ hình Dong_3D-1 từ 500s đến 3000s với mỡi bước 500s (hình phía 3D, hình 2D) 16 Hình 3.15 Đồ thị biểu thị nhiệt độ mơ hình Dong_3D-1 theo thời gian b Kết mơ mơ hình Dong_3D-2 c Kết mơ mơ hình Dong_3D-3 d Kết mơ mơ hình Dong_3D-4 e Kết mơ mơ hình Dong_3D-5 f Kết mơ mơ hình Dong_3D-6 g Kết mơ mơ hình Dong_3D-7 3.3.2 Kết tính tốn phân tầng nhiệt bồn nằm ngang Hình 3.25 Hình ảnh mơ mơ hình Dong_3D_ngang theo thời gian, từ 500s đến 3000s với bước 500s 17 Hình 3.26 Đồ thị thể phân tầng nhiệt độ bồn nằm ngang theo thời gian 3.4 SO SÁNH VÀ NHẬN XÉT 3.4.1 Ảnh hưởng tỷ lệ chiều cao đường kính 3.4.2 Ảnh hưởng lưu lượng 3.4.3.Ảnh hưởng vị trí đầu vào CHƯƠNG THỰC NGHIỆM XÂY DỰNG MƠ HÌNH VÀ KIỂM TRA SỰ PHÂN TẦNG CỦA NƯỚC 4.1 THIẾT KẾ MÔ HÌNH PHÂN TẦNG NHIỆT 4.1.1 Mục đích Mục đích việc thiết kế mơ hình thực nghiệm kiểm tra, so sánh kết đo thực tế với kết tính tốn lý thuyết mơ 4.1.2 Thiết kế mơ hình Mơ hình đề xuất giống mơ hình Dong_3D-1 Mơ hình bình trữ nhiệt hình trụ đặt thẳng đứng chế tạo 18 thép CT3, với thể tích V= 250 lít có đường kính D=500 mm chiều cao H=1250mm, với đầu nước vào có đường kính d2/d1=21/16, thân bồn bọc lớp cách nhiệt 50mm tôn thẩm mĩ 0,4mm Trên thân bồn phân tầng nhiệt bố trí đồng hồ đo nhiệt độ dọc theo chều cao, đồng hồ với thang đo đồng 0150 oC Hình 4.1 Thiết kế mơ hình 4.1.3 Các thiết bị mơ hình 4.1.4 Thuyết minh mơ hình Hình 4.5 Mơ hình thực nghiệm 19 4.2 THỰC NGHIỆM KIỂM TRA SỰ PHÂN TẦNG NHIỆT CỦA NƯỚC TRONG BỒN CHỨA 4.2.1 Thực nghiệm đo nhiệt độ vi trí theo thời gian 4.2.2 Lập bảng biểu đồ thị cho vị trí theo thời gian a Trường hợp 1: ( tương ứng mơ hình Dong_3D-1) Bảng 4.2 Bảng kết đo thực nghiệm theo thời gian Hình 4.6: Đồ thi so sánh kết đo thực nghiệm với mô b.Trường hợp 2: ( tương ứng mơ hình Dong_3D-4) Hình 4.7: Đồ thi so sánh kết đo thực nghiệm với mô 20 c.Trường hợp 3: ( tương ứng mơ hình Dong_3D-5) Hình 4.8: Đồ thi so sánh kết đo thực nghiệm với mô 4.3 NHẬN XÉT, SO SÁNH KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VỚI TÍNH TỐN LÝ THUYẾT VÀ MƠ PHỎNG Quan sát đồ thị, ba trường hợp sai lệch nhiệt độ trình đo thực nghiệm mơ khơng đáng kể, q trình đo đạt thí nghiệm chưa xác tuyệt đối Điều cho thấy q trình mơ tương đối xác Do đó, áp dụng thơng số cài đặt phần mềm mô FLUENT chương để dự đốn q trình phân tầng nhiệt nước bồn chứa thay đổi tỷ lệ lưu lượng, tỷ lệ chiều cao đường kính, vị trí đầu vào ra… mà khơng cần thiết phải xây dựng mơ hình thực nghiệm nhằm tiết kiệm chi phí thời gian nghiên cứu Ngồi áp dụng mô để nghiên cứu ảnh hưởng phân tầng nhiệt độ bồn lưu trữ điều kiện thời tiết thực tế với ảnh hưởng lượng mặt trời thay đổi dòng nước nóng 21 4.4 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ VỀ NĂNG LƯỢNG KHI ÁP DỤNG NGHIÊN CỨU PHÂN NHIỆT VÀO HỆ THỐNG SỬ DỤNG NƯỚC NÓNG TRONG THỰC TẾ Dựa vào kết tính tốn lý thuyết , mô kết hợp với thực nghiệm kiểm tra yếu tố ảnh hưởng phân tầng bình chứa trữ nhiệt ta nhận xét đưa đánh giá hiệu lưu trữ nhiệt bình chứa - Tỷ lệ chiều cao đường kính tăng làm tăng mức độ phân tầng nhiệt, tăng exergy lưu trữ dẫn đến tăng hiệu sử dụng lượng bình chứa Như ta tăng tỷ lệ chiều cao đường kính từ 2,5 lên mức độ phân tầng tăng lên 20% tỷ lệ tăng lên từ 2, đến mức độ phân tầng nhiệt tăng 25% Mặc dù đạt mức tăng đáng kể hiệu phân tầng tăng tỷ lệ chiều cao đường kính, nhiên kích thước bình chứa với tỷ lệ cao không thực tế Một bình chứa trữ nhiệt thể tích 250 lít có chiều cao 1,75m đường kính 0,45m khơng thích hợp lắp đặt với khơng gian nhà đại ngày Ngoài ra, tỷ lệ bình chứa tăng làm tăng diện tích bề mặt làm tiêu tốn vật liệu chế tạo, vật liệu bảo ôn tôn thẩm mĩ, giá thành thiết bị đắc ta biết tổn thất nhiệt tỷ lệ thuận với diện tích bề mặt bình Như vậy, cần đưa tỷ lệ chiều cao đường kính bình chứa tối ưu Ở nghiên cứu này, tác giả đề xuất tỷ lệ tối ưu H/D =3 - Lưu lượng nước đầu vào có ảnh hưởng lớn đến mức độ phân tầng nhiệt bình lưu trữ Với lưu lượng nước vào lớn, tạo thành vòi phun va đạp vào thành bình khuếch tán diện tích lớn bình làm phá hủy lớp nhiệt giảm mức độ phân tầng nhiệt làm giảm hiệu sử dụng lượng bình lưu trữ Khi 22 tăng lưu lượng nước vào từ 0,05 kg/s lên 0,1 kg/s mức độ phân tầng giảm 30% đáng kể tăng tỷ lệ từ 0,05 lên 0,15 kg/s giảm 50% mức độ phân tầng Do vậy, tốc độ dòng chảy vào cần phải giữ mức thấp để giảm hòa trộn Trong hệ thống nước nóng sử dụng lượng mặt trời, lưu lượng dòng chảy thường vùng lân cận 0,05 kg/s - Cũng giống tốc độ lưu lương vào ra, vị trí đầu vào có ảnh hưởng tiêu cực đến phân tầng nhiệt bình chứa Khi vị trí đầu vào chuyễn đến 150mm so với đỉnh đáy bình mức độ phân tầng giảm 25% vi trí đầu vào tiếp tục di chuyển đến 300mm so với đỉnh đáy bình mức độ phân tầng giảm 50% Vị trí tối ưu cho vị trí đầu vào gần đỉnh đáy bình chứa tốt, cải thiện mức độ phân tầng nhiệt bình chứa 23 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ * Kết luận a Kết đạt - Nghiên cứu lý thuyết trình phân tầng nhiệt nước bình chứa - Áp dụng phần mềm mơ để giải toán phân tầng nhiệt - Đưa số thơng số tối ưu cho bình chứa trữ nhiệt phục vụ cho nghiên cứu thiết kê chế tạo bình lưu trữ hệ thống đun nước nóng sử dụng lượng mặt trời sau Như lưu lượng nước tuần hoàn tối ưu 0,05 kg/s, tỷ lệ chiều cao đường kính H/D vị trí đầu vào gần đỉnh đáy bồn tốt b Các mặt tồn - Sai số đáng kể tính tốn ý thuyết so với thực nghiệm vì: + Tính tốn lý thuyết đưa nhiều giả thiết + Nhiệt độ đầu vào không khống chế ổn định + Dụng cụ đo có độ dao động lớn - Chưa áp dụng thu lượng mặt trời vào mơ hình thực tế thời điểm thí nghiệm thời tiết khơng đáp ứng yêu cầu thí nghiệm * Kiến nghị - Tiếp tục đo thực nghiệm hai mơ hình tỷ lệ chiều cao với đường kính mơ hình vị trí đầu vào 24 - Cần nghiên cứu sâu để tăng cường mức độ phân tầng nhiệt bình chứa vách ngăn cho bình đứng ngang, hình dáng đầu vào - Lĩnh vực mơ cần thực tế, áp dụng rộng rãi ngành cơng nghiệp, đặc biệt ngành nhiệt điện lạnh Vì vậy, nên đưa phần mềm mơ vào chương trình dạy nhà trường ... bình chứa chế độ động 1.2.2 Các nghiên cứu phân tầng nước a Nghiên cứu phân tầng nhiệt nước b Những nghiên cứu ngồi nước 1.3 CƠNG CỤ ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ PHÂN TẦNG NHIỆT CỦA BỒN CHỨA Những phương pháp... quan phân tầng nhiệt bồn lưu trữ Phân tầng nhiệt nước bồn lưu trữ nhiệt phân bố nhiệt độ phần tử nước theo chiều cao bồn chứa lưu trữ Nó tạo chênh lệch mật độ nước theo nhiệt độ Sự phân tầng nhiệt. .. Nghiên cứu phân tầng nhiệt độ nước bên bình chứa Giả thuyết nghiên cứu Đưa số giả thuyết để giải phương trình vi phân mơ tả phân tầng nhiệt kiểm chứng qua thực nghiệm Đối tượng phạm vi nghiên cứu Nghiên