LUẬN VĂN THẠC SĨ ỨNG DỤNG MATLAB TRONG VIỆC XÂY DỰNG PHẦN MỀM TÍNH TOÁN MÁY LẠNH HẤP THỤ SỬ DỤNG NHIỆT THẢI

TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN THẠC SĨ ỨNG DỤNG MATLAB TRONG VIỆC XÂY DỰNG PHẦN MỀM TÍNH TOÁN MÁY LẠNH HẤP THỤ SỬ DỤNG NHIỆT THẢI

Việc sử dụng chủ yếu các nguồn nhiệt năng có nhiệt độ không cao (80 ¸ 150⁰C) để hoạt động trong máy lạnh hấp thụ ngày càng được quan tâm. Bởi nó góp phần vào việc sử dụng hợp lý các nguồn năng lượng như: năng lượng nhiệt mặt trời, tận dụng các nguồn nhiệt năng thừa, khói thải,...Ngoài ra, việc sử dụng các môi chất lạnh như NH₃ – H₂O trong máy lạnh hấp thụ cũng góp phần vào việc  bảo vệ môi trường, hạn chế được tình trạng phá hủy tầng ozone do các chất Freon gây ra và giảm nguy cơ gây hiệu ứng nhà kính.

Luận văn đã trình bày nguyên lý hoạt động của máy lạnh hấp thụ NH₃ – H₂O sử dụng nhiệt thải, nghiên cứu cơ sở lý thuyết tính toán máy lạnh hấp thụ NH₃ – H₂O từ đó tác giả đã ứng dụng Matlab trong việc xây dựng phần mềm tính toán máy lạnh hấp thụ NH₃ – H₂O.

Luận văn đã tiến hành thí nghiệm trên máy vi tính để đưa ra phương án thiết kế tối ưu nhằm nâng cao hiệu suất nhiệt của hệ thống, khảo sát được sự ảnh hưởng của nhiệt độ bay hơi đến bội số tuần hoàn, ảnh hưởng của nhiệt độ nước giải nhiệt đến hệ số sử dụng nhiệt C.O.P

Kết quả của luận văn có thể dùng để tham khảo trong việc tính toán, thiết kế và lựa chọn phương án tối ưu trong sản xuất, lắp đặt máy lạnh hấp thụ NH₃ – H₂O. Đồng thời nó cũng có thể làm tài liệu nghiên cứu cho sinh viên các ngành nhiệt điện lạnh.

ABSTRACT

Using the thermal source between 80⁰C-150⁰C to operating the NH₃ - H₂O absorption chiller is more and more concerned. Because it can use the cheap thermal resources such as: solar enegy, waste heat, exhaust…. In addition, using NH₃ - H₂O absorption chiller is also contributing to enviromental protection. Reducing the greenhouse effect and damaging the Ozon layer.

This thesis presents the principles operation of NH₃ - H₂O absorption chiller using waste heat, studied the theoretical basis to calculate the NH₃ - H₂O absorption chiller. The author has used Matlab language to build an application to calculate NH₃ - H₂O absorption.

This thesis has conducted experiments on the computer to make the optimal designed to improve the thermal efficiency of the system, effect of evaporated temperatures to multiple circulatory, effects of cooling water temperature to thermal coefficient C.O.P (Coefficient of performance)

The result of thesis can be used to calculate the design and selection of the optimal design and installation, and it can also use as learning materials, research for students in heat and refrigeration engineering.

MỤC LỤC

Trang tựa                                                                                                                     Trang

Quyết định giao đề tài

Lý lịch khoa học................................................................................................................ i

Lời cam đoan..................................................................................................................... ii

Lời cảm ơn........................................................................................................................ iii

Tóm tắt nội dung luận văn............................................................................................. iv

Mục lục............................................................................................................................. vi

Danh sách các chữ viết tắt............................................................................................ vii

Danh sách các bảng...................................................................................................... viii

Danh sách các hình......................................................................................................... ix

Chương 1. TỔNG QUAN................................................................................................ 1

Chương 2. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC MLHT NH₃-H₂O......................................... 9

Chương 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN MLHT NH₃-H₂O ........................ 14

Chương 4. XÂY DỰNG PHẦN MỀM TÍNH TOÁN VÀ ĐÁNH .......................... 20

GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU ĐẾN C.O.P

Chương 5. KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA PHẦN MỀM......... 41

Chương 6. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................. 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

 

i           entanpi, kJ/kg 

p          áp suất tuyệt đối, bar 

q          nhiệt lượng riêng phần, kJ/kg

            Q         nhiệt lượng toàn phần, kJ  hoặc công suất nhiệt, kW 

Dt        độ chênh lệch nhiệt độ, ⁰C hoặc ⁰K

Dp       độ chênh lệch áp suất, bar hoặc Pa

h          hiệu suất nhiệt, hiệu suất  

l          hệ số dẫn nhiệt, W/(m.độ) 

c          nồng độ dung dịch, % 

            COP    hệ số sử dụng nhiệt

f           bội số tuần hoàn của máy lạnh hấp thụ NH₃-H₂O 

            G         lưu lượng khối lượng, kg/s 

            t           nhiệt độ bách phân, ⁰C 

            T          nhiệt độ tuyệt đối, ⁰K

c_p         Nhiệt dung riêng, (kJ/kg.độ)

l          Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch, (W/m.độ)

DANH SÁCH CÁC BẢNG

BẢNG                                                                                                                            TRANG

Bảng 4.3 Kết quả thí nghiệm 1                                                                                        36

Bảng 4.4 Kết quả thí nghiệm 2                                                                                        38

Bảng 5.1 Thông số trạng thái tại các điểm theo đồ thị i-c                                           44

Bảng 5.2 Thông số trạng thái tại các điểm theo phần mềm                                         45

Bảng 5.3 Kết quả tính toán bằng phần mềm                                                                  45

Bảng 5.4 Thông số trạng thái tại các điểm theo phần mềm                                         48

Bảng 5.5 Kết quả tính toán bằng phần mềm                                                                  48

DANH SÁCH CÁC HÌNH

HÌNH                                                                                                                        TRANG

Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống máy lạnh hấp thụ đơn giản                                                      4

Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống máy lạnh hấp thụ thực tế                                                        6

HÌnh 2.1 Sơ đồ nguyên lý máy lạnh hấp thụ NH₃ – H₂O                                               9

HÌnh 2.2 Đồ thị i-c của dung dịch NH₃-H₂O                                                                 12

Hình 2.3 Đồ thị t-c của dung dịch NH₃-H₂O                                                                  12

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý MLHTNH₃-H₂O một cấp hồi nhiệt                                   16

Hình 4.1 Ảnh hưởng nhiệt độ nước làm mát đến bội số tuần hoàn                            37                     

Hình 4.2 Ảnh hưởng nhiệt độ bay hơi đến C.O.P                                                          39

Hình 5.1 Đồ thị i-c của NH₃-H₂O một cấp hồi nhiệt                                                    41

Hình 5.2 Sơ đồ nguyên MLHTNH₃-H₂O có bộ quá lạnh                                            47

 

Chương 1

TỔNG QUAN

 

1.1 Nhu cầu sử dụng MLHT sử dụng nhiệt thải ở Việt Nam trong tương lai

       Máy lạnh hấp thụ ra đời từ rất sớm và được sử dụng phổ biến ở Mỹ và Châu Âu nhưng từ khi phát minh ra động cơ điện để thu gọn kích thước máy, công suất lạnh tăng lên nên máy lạnh có máy nén dần dần thay thế vai trò máy lạnh hấp thụ. Tuy nhiên cùng với sự phát triển công nghệ, tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường hiện nay, người ta nhận thấy cần phải khai thác triệt để các nguồn năng lượng sơ cấp hoặc các nguồn nhiệt thải tùy theo điều kiện cụ thể nên vai trò máy lạnh hấp thụ sử dụng nhiệt thải được coi trọng trở lại .

       Nhiệt thải (Waste Heat) có thể hiểu là nguồn năng lượng dưới dạng nhiệt năng được thải ra ngoài môi trường sau khi đã thực hiện quá trình trao đổi nhiệt hoặc đã thực hiện qui trình công nghệ nào đó. Do vậy, về số lượng và chủng loại thì nó rất phong  phú và đa dạng như: khói thải từ các lò luyện thép, lò nấu thủy tinh, từ turbin khí của nhà máy nhiệt điện, các nhà máy hóa chất……..

       Hiện nay xu hướng tận dụng nhiệt thải từ các nhà máy công nghiệp đang là xu hướng toàn cầu hóa, bởi các nguồn nhiên liệu dự trữ như than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên, thủy điện….. có hạn khiến cho nhân loại đứng trước nguy cơ thiếu hụt năng lượng. Bên cạnh đó tình trạng ô nhiễm môi trường , hiệu ứng nhà kính, và tình trạng phá hủy tầng Ozone cũng đang là vấn đề đặt ra cho các nhà khoa học.

       Đối với các nước tiên tiến trên thế giới, MLHT sử dụng nhiệt thải đã được sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên ở Việt Nam hiện nay, việc ứng dụng máy lạnh hấp thụ sử dụng nhiệt thải trong thực tế còn gặp nhiều khó khăn vì:

- Về nguyên lý thì có rất nhiều người hiểu biết nhưng khi đi vào thiết kế kỹ thuật công trình thì phần lớn không thực hiện được vì thiếu rất nhiều vấn đề về công nghệ. Do đó tất cả chỉ dừng lại ở phần chung mà không có công nghệ .

- Nguồn tài liệu về máy lạnh hấp thụ phân tán và rất ít tài liệu đề cập đến công nghệ mà chỉ dừng lại ở dạng phân tích hiệu quả kinh tế. Do vậy để ứng dụng công nghệ cần phải có sự đầu tư, thu thập, phân tích và tìm được các số liệu kỹ thuật để thiết kế sản xuất .

Mặc dù vậy, Việt Nam đang hướng theo xu thế phát triển chung của thế giới nên việc phải thực hiện các giải pháp sạch và xanh trong sản xuất và trong sinh hoạt là điều tất yếu phải xảy ra. Bên cạnh đó, nước ta là một nước đang phát triển, các khu công nghiệp, khu chế xuất, các nhà máy… ngày càng nhiều nên lượng khí thải sẽ tăng rất nhanh. Đồng thời, việc sản xuất từ nông nghiệp cũng có các nguồn nhiệt thải, nguồn nhiệt có nhiệt thế thấp, nguồn nhiệt từ các phế liệu rất đa dạng như trấu, mùn cưa, bã mía, hoặc từ các suối nước nóng…..Vì vậy trong tương lai gần, MLHT sử dụng nhiệt thải sẽ được đưa vào sử dụng rộng rãi nhằm tận dụng nguồn nhiệt thải dồi dào và đặc biệt hơn là giải quyết được vấn đề cấp bách về môi trường mà loài người đang quan tâm.

1.2 Mục tiêu và phương pháp nghiên cứu

1.2.1 Mục tiêu luận văn

Mục tiêu của luận văn là ứng dụng Matlab đểxây dựng phần mềm tính toán MLHT NH₃-H₂O sử dụng nhiệt thải. Phần mềm này sẽ tính toán chu trình thực của máy lạnh hấp thụ với các thông số có thể thay đổi được nhằm xây dựng các mối quan hệ ảnh hưởng đến chế độ làm việc của chu trình, giúp cho các nhà thiết kế, sản xuất, vận hành có thể lựa chọn được phương án kỹ thuật một cách hiệu quả mà bằng phương pháp cổ điển là dùng đồ thị và tra bảng sẽ khó khăn và  mất rất nhiều thời gian, công sức.

1.2.2 Phương pháp nghiên cứu

       Để đạt được mục tiêu trên thì phương pháp nghiên cứu cụ thể của tôi là :

-         Nghiên cứu các cơ sở tính toán về MLHT NH₃-H₂O để so sánh và chọn lựa cơ sở tính toán tối ưu cho viêc xây dựng phần mềm

-         Ứng dụng Matlab trong việc xây dựng phần mềm tính toán MLHT NH₃-H₂O

-         Tiến hành thí nghiệm trên máy vi tính để đưa đến phương án cấp nhiệt và chế độ làm việc tối ưu của hệ thống.

1.2.3 Giới hạn đề tài

       Theo quy ước phổ biến thì chất thuần khiết đứng trước là chất bay hơi, đóng vai trò là tác nhân lạnh, còn chất thuần khiết đứng sau là dung môi, đóng vai trò là chất hấp thụ. Như vậy do tính chất nhiệt động đặc trưng của chất bay hơi thì trong máy lạnh hấp thụ khi cần làm lạnh dưới 0⁰C – hệ thống cấp trữ đông, sản xuất nước đá thì sử dụng dung dịch NH₃-H₂O và sử dụng dung dịch H₂O-LiBr khi cần làm lạnh trên 0⁰C – hệ thống điều hòa không khí. Ở luận văn này chúng tôi chỉ đề cập đến máy lạnh hấp thụ làm việc với dung dịch amôniăc-nước (NH₃-H₂O)

1.3 Tổng quan về máy lạnh hấp thụ sử dụng nhiệt thải

1.3.1 Hệ thống lạnh hấp thụ đơn giản

       Hệ thống lạnh hấp thụ là một trong những phương pháp làm lạnh cổ xưa nhất. Nguyên lý của phương pháp hấp thụ, bay hơi lần đầu tiên được phát hiện bởi Micheal Faraday vào năm 1824. Và máy lạnh hấp thụ đầu tiên được phát triển bởi nhà khoa học người Pháp Ferdinand Carre năm 1860. Hệ thống này có thể được dùng đơn lẻ hoặc trong các nhà máy làm lạnh công nghiệp lớn.

       Hệ thống lạnh hấp thụ sử dụng nhiệt năng thay vì cơ năng trong máy lạnh có máy nén hơi, và môi chất làm việc trong máy lạnh có máy nén hơi thường là chất thuần khiết hoặc hỗn hợp đồng sôi (có nhiệt độ sôi gần giống nhau) còn trong máy lạnh hấp thụ phải là dung dịch được trộn lẫn từ hai chất thuần khiết khác nhau, hai chất này phải không tác dụng hóa học với nhau và phải có nhiệt độ sôi khá cách biệt nhau khi cùng ở điều kiện áp suất. Có rất nhiều loại dung dịch có thể dùng được trong máy lạnh hấp thụ như NH₃-H₂O, NH₃-LiSCN, NH₃-LiNO₃,v.v… hoặc H₂O-LiBr, H₂O-LiCl, H₂O-CaCl₂,v.v… nhưng trong thực tế người ta sử dụng phổ biến nhất là các dung dịch NH₃-H₂O và H₂O-LiBr.

Dưới đây là sơ đồ của một máy lạnh hấp thụ đơn giản.

Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống máy lạnh hấp thụ đơn giản [6]

       Một hệ thống lạnh hấp thụ đơn giản gồm có: một thiết bị hấp thụ, một bơm, một bình phát sinh và một van giảm áp thay cho máy nén trong hệ thống lạnh dạng nén. Các thành phần khác của hệ thống là dàn ngưng, bình chứa, van tiết lưu và dàn bay hơi giống như hệ thống lạnh dạng nén

       Trong hình 1.1, Sử dụng môi chất làm lạnh là Amonia. Hơi amonia ở áp suất thấp rời khỏi dàn bay hơi được hấp thụ bởi dung dịch Amonia loãng ở thiết bị hấp thụ.Dung dịch loãng có khả năng hấp thụ một lượng lớn hơi Amonia. Dung dịch này được làm mát bởi nước làm mát. Sự hấp thụ Amoniac của dung dịch loãng làm giảm áp suất trong giàn hấp thụ, điều này làm gia tăng nhiệt độ của dung dịch. Do vậy, các thiết bị giải nhiệt cho bình hấp thụ được gắn vào để giảm nhiệt cho dung

dịch. Và nó cũng cần thiết để gia tăng khả năng hấp thụ của dung dịch loãng. Vì ở nhiệt độ cao dung dịch loãng hấp thụ ít  hơi Amoniac hơn. Dung dịch loãng sau khi hấp thụ có nồng độ cao được bơm tới bình phát sinh . Bơm này còn có tác dụng gia tăng áp suất cho dung dịch.

       Dung dịch đậm đặc Amoniac trong bình phát sinh được gia nhiệt bởi các nguồn nhiệt bên ngoài như: các nguồn nhiệt thải, gas, hơi nước……Trong suốt quá trình gia nhiệt hơi Amoniac ở áp suất cao được đưa đến bình ngưng tụ, còn dung dịch loãng ammoniac nóng sẽ chảy xuống bình hấp thụ ở áp suất thấp sau khi qua van tiết lưu. Hơi amoniac được ngưng tụ ở dàn ngưng tụ để trở thành dung dịch ammoniac ở áp suất cao. Dung dịch này đi qua bình chứa và qua van tiết lưu sau đó đến dàn bay hơi và hoàn thành một chu kỳ hấp thụ đơn giản.

1.3.2 Hệ thống lạnh hấp thụ thực tế

       Trong thực tế, để mang lại hiệu quả kinh tế khi sử dụng hệ thống lạnh hấp thụ sử dụng khí thải thì người ta thêm vào hệ thống một tháp chưng cất, một bộ ngưng tụ hồi lưu và một thiết bị trao đổi nhiệt. Những thiết bị này cải thiện đáng kể khả năng làm việc của hệ thống.

-         Tháp chưng cất (Analyser): Khi Amoniac được bay hơi trong bình phát sinh  một lượng nhỏ nước cũng được bay hơi sẽ vào dàn ngưng tụ cùng với hơi amoniac, nếu lượng nước này không được loại bỏ, nó sẽ đi qua van tiết lưu và sẽ bị đóng băng làm nghẹt ống. Để loại bỏ nước và bụi bẩn không mong muốn này vào dàn ngưng ta dùng thêm tháp chưng cất. Thiết bị này có thể được tích hợp với bình phát sinh hoặc gắn riêng lẻ.

-         Bộ ngưng tụ hồi lưu (Rectifier): Để loại bỏ hoàn toàn hơi nước ta dùng thêm thiết bị này. Hơi nước sẽ được giữ lại ở đây và chỉ có Amoniac nguyên chất đi vào dàn ngưng tụ.

-         Thiết bị trao đổi nhiệt (Heat exchanger)

      Một thiết bị trao đổi nhiệt được đặt giữa bơm và bình phát sinh để làm lạnh dung dịch loãng trước khi đi vào dàn hấp thụ. Ta tận dụng lượng nhiệt của dung dịch nồng độ thấp để gia nhiệt cho dung dịch nồng độ cao thông qua thiết bị trao đổi nhiệt. Điều này giúp tiết kiệm nhiệt năng cung cấp cho bình phát sinh và thiết bị làm lạnh ở dàn hấp thụ.

      Thiết bị trao đổi nhiệt còn lại được lắp giữa dàn ngưng tụ và dàn bay hơi. Nó có nhiệm vụ làm lạnh hơn nữa dung dịch amoniac từ dàn ngưng tụ bằng cách tận dụng hơi amoniac nhiệt độ thấp đi ra từ dàn bay hơi.

Đối với hệ thống này thì hiệu quả làm lạnh là sự hấp thụ nhiệt bởi môi chất lạnh ở dàn ngưng. Tổng năng lượng cung cấp cho hệ thống là tổng năng lượng làm việc của bơm và nhiệt năng cung cấp cho bình phát sinh. Vì vậy, hệ số sử dụng nhiệt là:

C.O.P =

                                             Nhiệt năng hấp thụ ở dàn bay hơi

               Năng lượng của bơm + Nhiệt năng cung cấp cho bình phát sinh

Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống máy lạnh hấp thụ thực tế [6]

1.3.3 Ưu, nhược điểm của hệ thống lạnh hấp thụ sử dụng nhiệt thải

1.3.3.1 Ưu điểm

       Ưu điểm lớn nhất của máy lạnh hấp thụ là sử dụng chủ yếu nguồn nhiệt năng có nhiệt độ không cao (80 ¸ 150⁰C) để hoạt động . Chính vì thế, máy lạnh hấp thụ góp phần vào việc sử dụng hợp lý các nguồn năng lượng như: năng lượng nhiệt mặt trời, tận dụng nhiệt năng thừa, phế thải thứ cấp rẻ tiền như khói thải,...

       Ưu điểm tiếp theo  của máy lạnh hấp thụ là có rất ít chi tiết chuyển động, kết cấu chủ yếu là các thiết bị trao đổi nhiệt và trao đổi chất, bộ phận chuyển động duy nhất là bơm dung dịch. Vì vậy, máy lạnh hấp thụ vận hành đơn giản, độ tin cậy cao, máy làm việc ít ồn và rung. Trong vòng tuần hoàn hoàn môi chất, không có dầu bôi trơn nên bề mặt các thiết bị trao đổi nhiệt không bị bám dầu làm nhiệt trở tăng như trong máy lạnh nén hơi.

       Không cần hoặc tiêu thụ rất ít điện năng nên rất thuận lợi cho nhửng nơi không có điện năng

       Bên cạnh đó, tình trạng phá hủy tầng Ôzôn do các chất Freon gây ra ngày càng cao và việc tìm các môi chất lạnh khác thay thế đang còn rất khó khăn nên việc dùng máy lạnh hấp thụ thay thế máy lạnh nén hơi có ý nghĩa rất lớn .

1.3.3.2 Nhược điểm

       Giá thành hiện nay còn rất đắt, cồng kềnh, diện tích lắp đặt lớn hơn so với máy lạnh có máy nén hơi.

       Lượng nước làm mát tiêu thụ cũng lớn hơn vì phải làm mát thêm bình hấp thụ.

       Thời gian khởi động chậm, tổn thất khởi động lớn do lượng dung dịch chứa trong thiết bị lớn

1.3.4 So sánh giữa hệ thống lạnh hấp thụ sử dụng nhiệt thải và hệ thống lạnh sử dụng máy nén

            Trong hệ thống lạnh hấp thụ chỉ có một bộ phận chuyển động là bơm với một động cơ nhỏ, vì thế hệ thống hoạt động khá êm. Hệ thống lạnh dạng nén bộ phận chuyển động là máy nén nên ồn hơn. Hệ thống sử dụng nhiệt năng để thay đổi điều kiện làm việc của môi chất. Hệ thống lạnh dạng nén sử dụng cơ năng để thay đổi điều kiện làm việc của môi chất.

       Hệ thống lạnh hấp thụ tận dụng được nhiệt thải từ nhiều nguồn khác nhau như hơi nước, khói thải từ các nhà máy, động cơ tuabin……hoặc sử dụng năng lượng mặt trời. Vì thế có thể sử dụng ở những nơi không có điện hoặc giá điện cao.

Hệ thống lạnh hấp thụ có thể hoạt động với sự giảm áp và nhiệt độ ở giàn bay hơi bằng cách tăng áp suất ở máy gia nhiệt mà năng suất giảm đi không đáng kể. Còn năng suất của hệ thống lạnh dạng nén sẽ giảm đi rất nhiều với áp suất ở giàn bay hơi thấp.

       Sự thay đổi của tải thì không ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất của máy. Sự thay đổi của tải sẽ được kiểm soát bởi số lượng chu kỳ và nhiệt năng cung cấp ở máy gia nhiệt. Hiệu suất của hệ thống lạnh dạng nén ở tải nhỏ thì rất thấp.

       Hệ thống lạnh hấp thụ có thể đạt công suất trên 1000 tấn/ máy. Máy lạnh dạng nén có công suất lớn nhất chỉ 1000 tấn/ máy.

 

 

Chương 2

NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC MÁY LẠNH

HẤP THỤ NH₃ – H₂O

 

2.1 Nguyên lý làm việc cơ bản của  MLHT NH₃-H₂O

Theo tài liệu [1], trong trường hợp chất làm việc là dung dịch NH₃-H₂O người ta thống nhất định nghĩa nồng độ dung dịch như sau :

 ,     kg/kg

            trong đó:   m_NH3 là khối lượng NH₃ có trong dung dịch

                              m_H2O là khối lượng H₂O có trong dung dịch      

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý máy lạnh hấp thụ NH₃-H₂O [1]

       Ta gọi c_s là nồng độ dung dịch đậm đặc ban đầu trong bình phát sinh A , khi cấp nhiệt từ bên ngoài vào bình phát sinh A thì dung dịch này sẽ sôi và bay hơi. Hơi bay ra khỏi bình phát sinh A chủ yếu là hơi NH₃ tuy nhiên có lẫn một ít nước, lúc này nồng độ dung dịch còn lại trong bình phát sinh A sẽ giảm đi và ta gọi là nồng độ dung dịch loãng c_w. Hỗn hợp bay ra từ bình phát sinh A cần phải đi qua một thiết bị để tách được nước ra khỏi hỗn hợp, thiết bị này có tên là tháp chưng cất hay tinh luyện. Hơi sau khi ra khỏi tháp chưng cất thường có nồng độ rất cao (khoảng 99,8%) gần như là NH₃ tinh khiết được đưa đến bình ngưng B để thực hiện quá trình ngưng tụ. Sau khi ra khỏi bình ngưng B, lỏng NH₃ được đưa qua van tiết lưu để đi vào thiết bị bay hơi C. Hơi NH₃ bay ra từ thiết bị bay hơi C được đưa về bình hấp thụ D và được hấp thụ bởi dung dịch loãng có nồng độ c_w đến từ bình phát sinh A. Quá trình hấp thụ sẽ phát sinh nhiệt lượng do đó cần phải thiết kế hệ thống giải nhiệt cho bình hấp thụ D giống như bình ngưng tụ B. Sau quá trình hấp thụ ở bình hấp thụ D, dung dịch có nồng độ c_s như lúc ban đầu và được một bơm dung dịch E đưa trở lại bình phát sinh A để tiếp tục thực hiện chu trình mới .

       Để mô tả chu trình làm việc của máy lạnh hấp thụ NH₃-H₂O người ta thường sử dụng đồ thị entanpi-nồng độ (đồ thị i-c) hoặc đồ thị nhiệt độ-nồng độ (đồ thị t-c) trong đó  đồ thị i-c được sử dụng rất phổ biến.

2.2 Đồ thị i – c

       Hình 2.2 trình bày đồ thị i-c của dung dịch NH₃-H₂O. Đồ thị này cho biết mối quan hệ giữa các thông số trạng thái như là entanpi, nồng độ, nhiệt độ và áp suất của dung dịch. Ở trạng thái thái bão hòa của dung dịch nếu biết được hai thông số thì có thể xác định được hai thông số còn lại, đồ thị này rất quan trọng và cần thiết để nghiên cứu và khảo sát chu trình máy lạnh hấp thụ NH₃-H₂O. Đồ thị này được chia làm hai phần :

-  Các đường cong đẳng áp phía dưới ứng với trạng thái dung dịch sôi .

- Các đường cong đẳng áp phía trên và các đường cong hỗ trợ ứng với trạng thái hơi bão hòa .

       Giả sử ta đang khảo sát dung dịch ở trạng thái 1 là trạng thái bão hòa có áp suất p₁ với nồng độ  c₁. Gọi t_s1 là nhiệt độ để dung dịch ở trạng thái 1 có thể sôi và bay hơi. Lúc này bất kỳ trạng thái nào của dung dịch có nồng độ c₁ và nhiệt độ ban đầu t₀ < t_s1 cũng đều nằm trên đường thẳng đứng đi qua điểm 1 nhưng ở phía dưới điểm 1. Điểm 0 trên hình 2.2 mô tả trạng thái ban đầu của dung dịch ứng với nồng độ c₁ và nhiệt độ t₀. Khi cấp nhiệt vào dung dịch, điểm biểu diễn trạng thái ban đầu của dung dịch-điểm 0 dần dần di chuyển lên phía trên theo chiều thẳng đứng. Khi đến điểm 1, dung dịch bắt đầu sôi và bay hơi. Trạng thái hơi cân bằng với dung dịch lỏng sôi ở trạng thái 1 được biểu diễn bằng điểm 2 và được xác định như sau : từ điểm 1 kẻ đường thẳng đứng, xác định giao điểm của đường này với đường hỗ trợ ứng với áp suất p₁, từ giao điểm đó kẻ đường nằm ngang, đường này sẽ cắt đường hơi bão hòa ứng với áp suất p₁ tại điểm 2. Lưu ý rằng hơi bão hòa ở điểm 2 cân bằng với dung dịch lỏng sôi ở điểm 1 luôn luôn có nồng độ cao hơn nồng độ của điểm 1. Điều này cho thấy hơi bay ra phần lớn là NH₃, chỉ có lẫn một ít H₂O. Do đó trong máy lạnh hấp thụ NH₃-H₂O người ta phải luôn luôn lắp đặt bộ phận tinh chế ở đầu ra của bình phát sinh. Theo tài liệu [1] đồ thị i-c, t-c của dung dịch NH₃-H₂O:

Hình 2.2  Đồ thị i-c của dung dịch NH₃-H₂O [1]

2.3 Đồ thị t – c

Hình 2.3  Đồ thị t-c của dung dịch NH₃-H₂O [1]

       Hình 2.3 biểu diễn đồ thị t-c của dung dịch NH₃-H₂O. Gọi 0 là trạng thái ban đầu của dung dịch ở áp suất p₁ và nhiệt độ t₀. Khi cấp nhiệt vào dung dịch, nhiệt độ của dung dịch dần dần gia tăng. Tại điểm 1 dung dịch đạt đến trạng thái sôi và bắt đầu xuất hiện một bộ phận hơi (ở trạng thái 2) cân bằng với dung dịch ở trạng thái 1. Do nồng độ của trạng thái 2 lớn hơn nồng độ của trạng thái 1, do đó nếu dung dịch càng sôi và càng bay hơi thì nồng độ dung dịch càng giảm dần . Giả sử tại thời điểm khảo sát sau đó dung dịch lỏng sôi có trạng thái 3, ta thấy trạng thái hơi cân bằng với dung dịch lỏng sôi ở trạng thái 3 tương ứng là trạng thái 4. Điều này có nghĩa là nhiệt độ của hơi và lỏng sôi ở trạng thái cân bằng với nhau và luôn luôn bằng nhau. Trên đồ thị t-c hình 2.3 ta chia đoạn 3-4 làm hai phần theo các tỷ lệ d và j với d + j = 1. Ta gọi d là thành phần khối lượng của hơi và j là thành phần khối lượng của dung dịch lỏng sôi  có trong hỗn hợp hơi và lỏng, ta có :

   và       

            Còn nồng độ của dung dịch tại điểm 1 được xác định theo d và j như sau :

                                                c₀ = c₁ = d.c₄ + j.c₃

       Cần lưu ý rằng quá trình đang khảo sát được thực hiện ở điều kiện  áp suất không đổi. Khi tiếp tục cấp nhiệt vào dung dịch, ta thấy trạng thái dung dịch dần dần di chuyển đến điểm 5, còn trạng thái hơi cân bằng tương ứng dần dần di chuyển đến điểm 6. Vào thời điểm dung dịch đã bay hơi gần hết, trạng thái của những giọt lỏng cuối cùng sẽ trạng thái 5. Ngay khi những giọt lỏng bay hơi, trạng thái hơi sẽ là 6. Rõ ràng nồng độ của trạng thái 6 phải bằng nồng độ của  trạng thái 0 và 1 lúc ban đầu. Nếu tiếp tục cấp nhiệt, nồng độ của hơi vẫn giữ không đổi, còn nhiệt độ tăng lên. Ta gọi trạng thái 7 là hơi quá nhiệt .

 

 

Chương 3

CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN MÁY LẠNH

HẤP THỤ NH₃ – H₂O

 

3.1. Lý do lựa chọn tính toán MLHT NH₃ – H₂O một cấp hồi nhiệt

3.1.1 Phương án chọn máy lạnh 1 cấp hay 2 cấp hồi nhiệt.

        Máy lạnh hấp thụ 2 cấp có tính hiệu quả hơn máy lạnh hấp thụ 1 cấp, nhưng  hệ thống máy lạnh hấp thụ 2 cấp phức tạp và chi phí đầu tư nhiều. Mặt khác máy lạnh hấp thụ hai cấp thường chỉ được sử dụng khi  đốt nhiên liệu trực tiếp nguồn nhiệt có nhiệt độ cao ,còn ở đây chỉ là tận dụng nhiệt nên  sử dụng máy lạnh hấp thụ 1 cấp là hợp lý nhất.

3.1.2 Phương án lựa chọn môi chất lạnh.

Yêu cầu đối với môi chất dùng trong máy lạnh hấp thụ : Ngoài môi chất lạnh, máy lạnh hấp thụ còn sử dụng thêm một môi chất hấp thụ nữa, gọi chung là cặp môi chất lạnh. Yêu cầu đối với cặp môi chất lạnh trong máy lạnh hấp thụ cũng giống như đối với các môi chất lạnh khác là có tính chất nhiệt động tốt, không độc hại, khó cháy, khó nổ, không ăn mòn đối với vật liệu chế tạo máy, phải rẻ tiền, dễ kiếm... Ngoài ra cặp môi chất lạnh cần phải :

- Hòa tan hoàn toàn vào nhau nhưng nhiệt độ sôi ở cùng điều kiện áp suất càng xa nhau càng tốt, để hơi môi chất lạnh sinh ra ở bình phát sinh không lẫn chất hấp thụ .

- Nhiệt dung riêng của dung dịch phải bé, đặc biệt đối với máy lạnh hấp thụ chu kỳ để tổn thất nhiệt khởi động máy nhỏ .

Hiện nay, máy lạnh hấp thụ sử dụng phổ biến hai loại cặp môi chất lạnh là NH₃- H₂O và H₂O-LiBr.

 + Đối với cặp môi chất lạnh H₂O- LiBr là có tính chất nhiệt động tốt, khi rò rỉ không hôi và không độc hại, tuy nhiên cặp môi chất này gây ăn mòn cao nên phải sử dụng kim loại đắt tiền.

  + Đối với cặp môi chất lạnh NH₃- H₂O :

• Rẻ tiền, dễ kiếm, không phá huỷ môi sinh.
• Sử dụng nguồn nhiệt thấp (90-160)⁰C

Tuy nhiên không tránh khỏi những nhược điểm như:

• Ăn mòn các kim loại màu, nhưng nhược điểm này có thể khắc phục bằng cách không sử dụng kim loại màu trong hệ thống
• Trong thiết bị sinh hơi, lượng nước cuốn theo hơi ammoniac lớn nên cần tốn thêm bộ tinh luyện cồng kềnh, nhược điểm này đành phải chấp nhận tuy nhiên có thể làm giảm lượng nước cuốn theo hơi bằng cách chọn nhiệt độ nguồn gia nhiệt hợp lý để đảm nhiệt độ sôi của nước cách xa nhiệt độ sôi môi chất.
• Khi rò rỉ thì gây mùi khai và độc hại tuy nhiên khi dùng máy lạnh hấp thụ sử dụng môi chất này để sản xuất đá nên nhược điểm này không ảnh hưởng nhiều.

Qua phân tích trên ta thấy việc lựa chọn cặp môi chất NH₃-H₂O rõ ràng hợp lý hơn, ngoài ra do tính chất nhiệt động đặc trưng của chất bay hơi là khi cần làm lạnh dưới 0⁰C – hệ thống cấp trữ đông, sản xuất nước đá thì sử dụng dung dịch NH₃-H₂O và khi cần làm lạnh trên 0⁰C – hệ thống điều hòa không khí thì sử dụng dung dịch H₂O-LiBr nên tôi chọn cặp môi chất sử dụng cho máy lạnh hấp thụ là cặp môi chất NH₃ - H₂O.

3.1.3 Sơ đồ nguyên lý MLHT NH₃-H₂O một cấp hồi nhiệt sử dụng nhiệt thải.

Theo tài liệu [6], chọn sơ đồ nguyên lý MLHT NH₃-H₂O một cấp hồi nhiệt sử dụng nhiệt thải để tính toán thiết kế, trên cơ sở đó xây dựng phần mềm tính toán MLHT NH₃-H₂O.

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý máy lạnh hấp thụ NH₃ – H₂O một cấp hồi nhiệt [6]

3.2  Cơ sở lý thuyết tính toán thiết kế MLHT NH₃ – H₂O một cấp hồi nhiệt

       Có nhiều cách để tính toán, xác định thông số trạng thái của các điểm trên chu trình như: phương pháp tra đồ thị i-c, phương pháp tra bảng dung dịch NH₃-H₂O… Những phương pháp này cho ra được kết quả các thông số trạng thái nhưng chính xác không cao. Ngoài ra, khi cần thể hiện mối quan hệ giữa các thông số ban đầu (nhiệt độ nước giải nhiệt, nhiệt độ nguồn nhiệt….) sẽ ảnh hưởng đến chu trình như thế nào ( hệ số COP, bội số tuần hoàn f, nồng độ dung dịch đậm đặc c_s và dung dịch loãng c_w …) khi sử dụng đồ thị hoặc tra bảng thì rất phức tạp và tốn nhiều thời gian , công sức. Do vậy, ở đây tôi đưa ra cơ sở lý thuyết tính toán, xác định các thông số trạng thái từ đó xây dựng phần mềm dựa trên cơ sở tính toán này.

       Để có thể tính toán chu trình máy lạnh hấp thụ NH₃-H₂O bằng chương trình phần mềm tác giả đã tham khảo các công thức tính toán các thông số nhiệt động – nhiệt vật lý trong tài liệu [1] trang 108¸110 do A.A. Zatorski đề nghị .

-         Nhiệt độ sôi

Công thức dưới đây trình bày cách xác định nhiệt độ sôi T (⁰K) của dung dịch NH₃-H₂O ở nồng độ c và áp suất p (bar) :

                                  (3.1)              

trong đó :

a = – 2103,5 + 4669,96.c – 20228,3.c² + 56507.c³ – 80989,9.c⁴ +

  + 55286,5.c⁵ – 14361,4.c⁶   

            b = 5,65208 – 7,0317.c + 37,9018.c² – 102,912.c³ + 135,789.c⁴ –

 – 82,7106.c⁵ + 18,4113.c⁶

            Hoặc có thể xác dịnh áp suất p (bar) của dung dịch theo nhiệt độ sôi T (⁰K) ở nồng độ c :

                                  (3.2)

-         Entanpi của dung dịch lỏng và hơi

• Entanpi của dung dịch lỏng :

                                 (3.3)

• Entanpi của hơi bay ra từ dung dịch lỏng khi sôi :

                                (3.4)

Với :

 = – 1058,43 + 3,02148.T + 0,312072.10^-2.T² + 0,155360.p –

   – 0,123079.10^-4.p² – 0,129460.10^-5.p.T²                                  

 = – 1039,5 + 3,56393.T + 0,919594.10^-3.T² + 0,1243765.p –

   – 0,222979.10^-5.p² – 0,356960.10^-6.p.T²                                  

     q_t    = – 839,87.(1 – 0,071.c ).[(1 – c).c + (1 – c²).c²]                       

 = 770,761 + 1,86947.T + 0,578293.10^-4.T² + 0,731509. 10^-6.T³  +

   + 8,98074.p– 4580,15.p / T                                                       

 = 1993,19 + 1,88878.T – 0,205512.10^-3.T² + 0,367295. 10^-6.T³  +

   + 10,6342.p– 7648,34.p / T                                                       

Trong đó :

            T – nhiệt độ của dung dịch lỏng hoặc của hơi, ⁰K

            p – áp suất của dung dịch lỏng hoặc của hơi, bar

i' và i" lần lượt là entanpi của dung dịch lỏng (ở nồng độ c, nhiệt độ T và áp suất p) và entanpi của hơi bay ra từ dung dịch đó khi sôi , kJ/kg .

 ,  – entanpi  của NH₃ lỏng và NH₃ hơi ứng với nhiệt độ T và áp suất p , kJ/kg .

 ,  – entanpi  của NH₃ nước và hơi nước ứng với nhiệt độ T và áp suất p , kJ/kg .

            q_t – nhiệt lượng hòa trộn, kJ/kg.

            c_v – nồng độ của hơi bay ra từ dung dịch NH₃-H₂O đang sôi .

-         Nồng độ của hơi

Công thức xác định nồng độ của hơi bay ra từ dung dịch lỏng sôi ở nồng độ c, áp suất p (bar) và nhiệt độ T (⁰K) :

                                   (3.5)

trong đó :

        b = – 6571,06 + 39,9544.T – 0,243781.10^-2.T³ – 22,7722.p – 0,4979.10^-7.p² +

+ 8286,02.p / T + 0,172363.10^-1.p.T + 0,77344.10^-6.p.T² – 3,62962.T.ln T – T.ln p

        d = – 1467.c².(1,25.c³ – 5,58.c² + 5,96.c – 0,42) + (17,3.c³ – 13,8.c⁴).T

-         Nhiệt dung riêng của dung dịch

Nhiệt dung riêng c_p (kJ/kg.độ) của dung dịch ở nồng độ c, nhiệt độ T (⁰K) và áp suất p (bar) được tính theo công thức như sau :

c_p = 3,56393 + 1,83918.10^-3.T + 7,13920.10^-7.p.T –                  (3.6)

                  – (0,54245 – 4,40232.10^-3.T + 1,875280.10^-6.p.T).c           

-         Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch

Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch l (W/m.độ) của dung dịch được tính trên cơ sở của hệ số dẫn nhiệt và . Gọi c là nồng độ và t (⁰C) là nhiệt độ của dung dịch, ta có :

                                                 = c.  + (1 – c).                                (3.7)

trong đó :       =  0,528 – 1,669.10^-3.t – 6,2.10^-6.t²                        

=  0,562 + 1,893.10^-3.t – 7,11.10^-6.t²         

Chương 4

XÂY DỰNG PHẦN MỀM TÍNH TOÁN VÀ ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ

BAN ĐẦU ĐẾN C.O.P

       Để xây dựng phần mềm tính toán MLHT NH₃–H₂O một cấp hồi nhiệt, ngoài việc ứng dụng Matlab tác giả còn chọn lựa một bài toán với các thông số yêu cầu cụ thể và đi giải quyết bài toán đó bằng 2 phương pháp: phương pháp dùng đồ thị i-c và phương pháp dùng phần mềm, với mục đích kiểm nghiệm độ chính xác, độ tin cậy của phần mềm khi so sánh kết quả giữa hai phương pháp.

4.1 Các thông số ban đầu của bài toán

- Năng suất lạnh Q₀ :

Q₀ = 100 ¸ 500 kW        chọn Q₀ = 175,8 kW (50 TR)

- Nhiệt độ bay hơi t_e :

t_e = 0 ¸ –20⁰C            chọn t_e = –2⁰C  .

- Nhiệt độ nước giải nhiệt t_w :

         t_w = 22 ¸ 40⁰C           chọn t_w = 42⁰C  .

- Nhiệt độ nguồn nhiệt t_h :

            t_h = 120 ¸ 165⁰C           chọn t_w = 134⁰C

4.2 Xác định các thông số chưa biết (nhiệt độ, nồng độ, p suất)

4.2.1.     Xác định nhiệt độ ngưng tụ t_c

t_c = t_w + Dt_w + Dt_h                                      

trong đó :   

Dt_w – độ tăng nhiệt độ của nước sau khi qua bình ngưng , ⁰C

                   Dt_w = 4 ¸ 6⁰C                  chọn  Dt_w = 5⁰C

Dt_h – độ chênh lệch nhiệt độ giữa hơi và lỏng , ⁰C

                   Dt_h = 3 ¸ 4⁰C                  choïn  Dt_h = 3⁰C

4.2.2.  Xác định áp suất ngưng tụ p_c của dung dịch NH₃- H₂O với nồng độ c= 99,8%

Từ nhiệt độ ngưng tụ t_c và dung dịch NH₃-H₂O trong bình ngưng tụ gần như là NH₃ thuần khiết (nồng độ  c= 99,8%), áp suất ngưng tụ được xác định theo công thức (3.2)

trong đó :

a = – 2103,5 + 4669,96.c – 20228,3.c² + 56507.c³ –      80989,9.c⁴ +     55286,5.c⁵ – 14361,4.c⁶

b = 5,65208 – 7,0317.c + 37,9018.c² – 102,912.c³ + 135,789.c⁴  – 82,7106.c⁵ + 18,4113.c⁶

4.2.3.     Xác định nhiệt độ lỏng NH₃  bắt đầu bay hơi t_e1

t_e1 = t_e – Dt_e

trong đó :Dt_e– độ tăng nhiệt độ khi bay hơi , ⁰C

Dt_e = 2 ¸ 3⁰C                    chọn   Dt_e = 2⁰C

4.2.4.     Xác định áp suất bay bơi p_e

Có thể xem dung dịch NH₃-H₂O trong bình bay hơi gần như là NH₃ thuần khiết (nồng độ 99,8%), ở nhiệt độ t_e1 và nồng độ c=99,8%  ta tìm được áp suất bay hơi theo công thức (3.2)

Trong đó :

a = – 2103,5 + 4669,96.c – 20228,3.c² + 56507.c³ – 80989,9.c⁴ + 55286,5.c⁵ – 14361,4.c⁶   

b = 5,65208 – 7,0317.c + 37,9018.c² – 102,912.c³ + 135,789.c⁴  – 82,7106.c⁵ + 18,4113.c⁶

4.2.5.     Xác định áp suất trong bình phát sinh p_G

Áp suất trong bình phát sinh (p_G) lớn hơn áp suất ngưng tụ khoảng 0,1

bar (do độ giảm áp trên đường ống nối giữa bình phát sinh và bình ngưng)

                                   p_G = p_c + Dp_c

với Dp_c = 0,1 bar là độ chênh áp suất giữa bình phát sinh và bình ngưng

4.2.6.     Xác định nhiệt độ trong bình phát sinh t_G

Nhiệt độ dung dịch loãng sôi trong bình phát sinh phụ thuộc vào nhiệt

độ nguồn nhiệt cung cấp cho bình phát sinh :

                t_G = t_h – Dt_h

Dt_h – độ chênh nhiệt độ giữa nguồn nhiệt và dung dịch loãng sôi ,⁰C

                  Dt_h = 5 ¸ 15⁰C           chọn   Dt_h = 10⁰C

4.2.7.     Xác định nồng độ dung dịch loãng c_w ra khỏi bình phát sinh

...................

Theo công thức (3.1):

 

a = – 2103,5 + 4669,96.c – 20228,3.c² + 56507.c³ – 80989,9.c⁴ +  55286,5.c⁵ – 14361,4.c⁶   

b = 5,65208 – 7,0317.c + 37,9018.c² – 102,912.c³ + 135,789.c⁴ – 82,7106.c⁵ + 18,4113.c⁶

Từ a,b tính được c_s

4.2.1.      Xác định nồng độ hơi bay ra khỏi bình phát sinh c_v ở nồng độ dung dịch đặc c_s, áp suất p_G (bar) và nhiệt độ sôi T_s (⁰K) của dung dịch NH₃-H₂O.

Tính nhiệt độ sôi Ts (⁰K) của dung dịch NH₃-H₂O tại bình phát sinh ứng với nồng độ dung dịch đặc c_s và áp suất trong bình phát sinh p_G (bar)

Trong đó :

a = – 2103,5 + 4669,96.c – 20228,3.c² + 56507.c³ – 80989,9.c⁴ + 55286,5.c⁵ – 14361,4.c⁶

b = 5,65208 – 7,0317.c + 37,9018.c² – 102,912.c³ + 135,789.c⁴ –

– 82,7106.c⁵ + 18,4113.c⁶

Tính nồng độ của hơi bay ra từ bình phát sinh ứng với T_s, c_s và p_G theo công thức (3.5)

Trong đó :

b = – 6571,06 + 39,9544.T – 0,243781.10^-2.T³ – 22,7722.p –

0,4979.10^-7.p² + 8286,02.p / T + 0,172363.10^-1.p.T + 0,77344.10^-6.p.T² – 3,62962.T.ln T – T.ln p

 d = – 1467.c².(1,25.c³ – 5,58.c² + 5,96.c – 0,42) + (17,3.c³ – 13,8.c⁴).T

4.2.2.      Xác định bội số tuần hoàn f của chu trình máy lạnh hấp thụ NH₃-H₂O

Với:  c₅  = 0,998 (vì theo giả thiết có thể xem dung dịch NH₃-H₂O ra khỏi thiết bị chưng cất của bình phát sinh tại điểm 5 gần như  là NH₃ thuần khiết với nồng độ 99,8% ).

 

4.3 Xác định thông số của các điểm trên chu trình

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý máy lạnh hấp thụ NH₃ – H₂O một cấp hồi nhiệt

• Điểm 6: trạng thái lỏng ngưng tụ ra khỏi bình ngưng

Ta có t₆ = t_c;  p₆ = p_c và c₆ = 0,998 .

Entanpi của điểm 6 có thể xác định theo công thức (3.3)

i₆ =

Với :

 = – 1058,43 + 3,02148.T + 0,312072.10^-2.T² + 0,155360.p –

– 0,123079.10^-4.p² – 0,129460.10^-5.p.T²

     = – 1039,5 + 3,56393.T + 0,919594.10^-3.T² + 0,1243765.p –

– 0,222979.10^-5.p² – 0,356960.10^-6.p.T²

q_t         = – 839,87.(1 – 0,071.c ).[(1 – c).c + (1 – c²).c²]

• Điểm 8 : trạng thái hơi NH₃ sau khi bốc hơi

Ta có: t₈ = t_e ,  p₈ = p_e,  c₈ = 0,998

Trạng thái điểm 8 sau khi bốc hơi là hơi bão hòa ẩm, do đó để xác định entanpi của điểm 8 theo công thức (4.1) ta cần xác định entanpi tại trạng thái lỏng sôi (điểm 8’) và entanpi tại trạng thái hơi bão hòa khô (điểm 8’’).

              (4.1)

-   Entanpi tại trạng thái lỏng sôi (entanpi của dung dịch lỏng =, KJ/kg ) với = c_v

=

Với :

 = – 1058,43 + 3,02148.T + 0,312072.10^-2.T² + 0,155360.p –

– 0,123079.10^-4.p² – 0,129460.10^-5.p.T²

 = – 1039,5 + 3,56393.T + 0,919594.10^-3.T² + 0,1243765.p –

– 0,222979.10^-5.p² – 0,356960.10^-6.p.T²

q_t         = – 839,87.(1 – 0,071.c ).[(1 – c).c + (1 – c²).c²]

-  Entanpi tại trạng thái hơi bão hòa khô (entanpi của hơi bay ra từ dung dịch lỏng khi sôi =, KJ/kg) với = 1

Với :

 = 770,761 + 1,86947.T + 0,578293.10^-4.T² + 0,731509. 10^-6.T³  + +8,98074.p– 4580,15.p / T                                 

Thay vào (4.1) ta được

• Điểm 7 : trạng thái lỏng NH₃-H₂O sau khi tiết lưu và trước khi bốc hơi

Ta có t₇ = t_e1 ;  p₇ = p_e; c₇ = 0,998 và i₇ = i₆ (tiết lưu)

• Điểm 2 : trạng thái dung dịch loãng ra khỏi bình phát sinh

Trạng thái điểm 2 chính là trạng thái dung dịch loãng đi ra khỏi bình phát sinh với  :  p₂ = p_G;  t₂ = t_G;  c₂ = c_w

Entanpi của điểm 2 có thể xác định theo công thức:

i₂ =

Với :

 = – 1058,43 + 3,02148.T + 0,312072.10^-2.T² + 0,155360.p –

– 0,123079.10^-4.p² – 0,129460.10^-5.p.T²

 = – 1039,5 + 3,56393.T + 0,919594.10^-3.T² + 0,1243765.p –

– 0,222979.10^-5.p² – 0,356960.10^-6.p.T²

q_t         = – 839,87.(1 – 0,071.c ).[(1 – c).c + (1 – c²).c²]

• Điểm 4 : trạng thái dung dịch đặc ra khỏi bình hấp thụ

Trạng thái điểm 4 chính là trạng thái dung dịch đặc đi ra khỏi bình hấp thụ với  :  p₄ = p_a;   t₄ = t_a;   c₄ = c_s

Entanpi của điểm 4 có thể xác định theo công thức (3.3)

i₄ =

Với :

 = – 1058,43 + 3,02148.T + 0,312072.10^-2.T² + 0,155360.p –

– 0,123079.10^-4.p² – 0,129460.10^-5.p.T²

 = – 1039,5 + 3,56393.T + 0,919594.10^-3.T² + 0,1243765.p –

– 0,222979.10^-5.p² – 0,356960.10^-6.p.T²

q_t         = – 839,87.(1 – 0,071.c ).[(1 – c).c + (1 – c²).c²]

• Điểm 3 : trạng thái dung dịch loãng trước khi vào bình hấp thụ

Ta có: c₃ = c_w

Xác đinh nhiệt độ dung dịch loãng ra khỏi thiết bị trao đổi nhiệt t₃

t₃ = t₄ + Dt₃

Với :        Dt₃ là độ chênh nhiệt độ của thiết bị trao đổi nhiệt dung dịch

Dt₃ = 5 ¸ 15⁰C                       chọn   Dt₃ = 8⁰C

Xác đinh áp suất p₃

Ta có  t₃ và nồng độ c₃ = c_w

Trong đó :

a = – 2103,5 + 4669,96.c – 20228,3.c² + 56507.c³ – 80989,9.c⁴ +

  + 55286,5.c⁵ – 14361,4.c⁶   

            b = 5,65208 – 7,0317.c + 37,9018.c² – 102,912.c³ + 135,789.c⁴ –

 – 82,7106.c⁵ + 18,4113.c⁶

 Xác đinh entanpi của điểm 3

i₃ =

 = – 1058,43 + 3,02148.T + 0,312072.10^-2.T² + 0,155360.p –

– 0,123079.10^-4.p² – 0,129460.10^-5.p.T²

 = – 1039,5 + 3,56393.T + 0,919594.10^-3.T² + 0,1243765.p –

– 0,222979.10^-5.p² – 0,356960.10^-6.p.T²

q_t         = – 839,87.(1 – 0,071.c ).[(1 – c).c + (1 – c²).c²]

• Điểm 2a : trạng thái dung dịch loãng ra khỏi thiết bị trao đổi nhiệt

Ta có  :   c_2a = c_w;  p_2a = p₂;  i_2a = i₃ (tiết lưu)  

Xác định  nhiệt độ T_2a (⁰K) (Lưu ý rằng trạng thái 2a là lỏng chưa sôi)

Trong đó :

a = – 2103,5 + 4669,96.c – 20228,3.c² + 56507.c³ – 80989,9.c⁴ +

         + 55286,5.c⁵ – 14361,4.c⁶

            b = 5,65208 – 7,0317.c + 37,9018.c² – 102,912.c³ + 135,789.c⁴ –

     – 82,7106.c⁵ + 18,4113.c⁶

Điểm 1a : trạng thái dung dịch đặc ra khỏi thiết bị trao đổi nhiệt (trạng thái 1a là trạng thái lỏng chưa sôi ).

Ta có : c_1a = c_s;  p_1a = p₂

Xác định entanpi tại điểm 1a:

Ta có phương trình cân bằng nhiệt của thiết bị trao đổi nhiệt:

      

Với 0,95 là hệ số hiệu suất trao đổi nhiệt của thiết bị trao đổi nhiệt dung dịch đặc (có khấu trừ tổn thất nhiệt 5%) .

Suy ra :               

-  Xác định nhiệt độ t_1a

• Điểm 1’ : trạng thái dung dịch đặc bắt đầu sôi ở bình phát sinh

Ta có:p_1’ = p₂;   c_1’ = c_s

Xác định nhiệt độ dung dịch đặc bắt đầu sôi trong bình phát sinh T_1’ (⁰K)

Trong đó :

a = – 2103,5 + 4669,96.c – 20228,3.c² + 56507.c³ – 80989,9.c⁴ +

  + 55286,5.c⁵ – 14361,4.c⁶   

b = 5,65208 – 7,0317.c + 37,9018.c² – 102,912.c³ + 135,789.c⁴ –

 – 82,7106.c⁵ + 18,4113.c⁶

Xác định entanpi của dung dịch theo công thức (3.3)

i_1’ = .

= – 1058,43 + 3,02148.T + 0,312072.10^-2.T² + 0,155360.p –  0,123079.10^-4.p² – 0,129460.10^-5.p.T²            

 = – 1039,5 + 3,56393.T + 0,919594.10^-3.T² + 0,1243765.p –

            – 0,222979.10^-5.p² – 0,356960.10^-6.p.T²            

  q_t      = – 839,87.(1 – 0,071.c ).[(1 – c).c + (1 – c²).c²]           

• Điểm 1’’: trạng thái hơi bay ra từ dung dịch đặc sôi trong bình phát sinh

Ta có :  p_1’’ = p_1’ = p_G ;    c_1’’ = c_v ;      t₁^’’ = t₁^’

Entanpi tại điểm 1^”

Với:

 = 770,761 + 1,86947.T + 0,578293.10^-4.T² + 0,731509. 10^-6.T³+  8,98074.p– 4580,15.p / T                                 

 = 1993,19 + 1,88878.T – 0,205512.10^-3.T² + 0,367295. 10^-6.T³ + 10,6342.p– 7648,34.p / T                     

• Điểm 5 : trạng thái hơi bay ra thiết bị ngưng tụ hồi lưu

Ta có: c₅ = 0,998; p₅ = p₂; t_c

Xác định t₅

t₅ = t_c + Dt₅            Với:  Dt₅ = 5⁰C   

Xác định entanpi tại điểm 5 theo công thức (3.4)

Với:

 = 770,761 + 1,86947.T + 0,578293.10^-4.T² + 0,731509. 10^-6.T³  +

   + 8,98074.p– 4580,15.p / T                               

 = 1993,19 + 1,88878.T – 0,205512.10^-3.T² + 0,367295. 10^-6.T³  +

                            + 10,6342.p– 7648,34.p / T

 

 

Bảng 4.1 Thông số trạng thái tại các điểm theo chương trình

Bảng 4.2 Kết quả tính toán bằng phần mềm

4.4 Tính cân bằng nhiệt và cân bằng chất của chu trình

4.4.1 Tính cân bằng nhiệt

4.4.1.1 Phương trình cân bằng nhiệt của từng thiết bị trong hệ thống

- Dàn hấp thụ: Nhiệt lượng tỏa ra môi trường hay nước làm mát dàn hấp thụ

qA = m3 . i3 + m8 . i8 – m4 . i4         = (f-1) . i3 + 1 . i8 – f . i4

- Dàn ngưng tụ: Nhiệt lượng tỏa ra tại dàn ngưng

qC = m5 . i5 – m6 . i6       = m. (i5 – i6) = i5 – i6

- Dàn phát sinh: Nhiệt lượng cung cấp cho bình phát sinh

qG = qR + m2 . i2 + m5 . i5 – m1a . i1a       = qR +  (f-1) . i2 + 1 . i5 – f . i1a

 

- Dàn bay hơi: Nhiệt lượng được hấp thụ tại dàn bay hơi

qE = m. (i8 – i7)        = i8 – i7

- Thiết bị trao đổi nhiệt: Phương trình cân bằng nhiệt

qHE  =  (f – 1 ). i2 + f. i4 – f. i1a – (f-1). i3          =  (f – 1 ).( i2 – i3 )

Tổn thất nhiệt do thiết bị trao đổi nhiệt (Nhiệt lượng tổn thất khoảng 5%)

∆q_HE = 0,05. q_HE

- Bộ ngưng tụ hồi lưu: Phương trình cân bằng nhiệt tại bộ ngưng tụ hồi lưu

(1 + R).i_1’’  =  1.i₅  +  R.i_1’ + q_R

Suy ra: q_R  =  i_1’’ – i₅  +  R.( i_1’’ – i_1’ )

4.4.1.2 Hệ số sử dụng nhiệt:

4.4.1.3 Kiểm tra cân bằng nhiệt của chu trình

- Nhiệt lượng nhận vào:  Q_in = q_G +q_E

- Nhiệt lượng nhả ra:      Q_out = q_R + q_C +q_A + ∆q_HE

 

4.4.2       Tínhcân bằng chất của chu trình

- Lưu lượng NH₃ tuần hoàn :

Khi khảo sát thực tế có kể đến các tổn thất lạnh (khoảng 5%), do đó năng suất lạnh thiết kế lúc này là 105%.Q₀ và lưu lượng NH₃ tuần hoàn là :

            ,           kg/s

- Lưu lượng  dung dịch đặc tuần hoàn :

G_đ  =  f.G

- Lưu lượng dung dịch loãng tuần hoàn :

G_L  =  (f – 1).G

- Lưu lượng hồi lưu :

G_hl  =  R.G

4.5  Đánh giá ảnh hưởng của các thông số ban đầu đến hiệu quả sử dụng nhiệt C.O.P và bội số tuần hoàn f.

4.5.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ nước làm mát đến bội số tuần hoàn f

Khảo sát chế độ làm việc của máy lạnh hấp thụ NH₃–H₂O ở điều kiện năng suất lạnh yêu cầu (50 TR), nhiệt độ bay hơi -2⁰C, cho nhiệt độ nước làm mát thay đổi từ 24 ⁰C đến 45⁰C với các nhiệt độ nguồn nhiệt khác nhau ta có bảng kết quả và đồ thị sau:

Bảng 4.3 Kết quả thí nghiệm 1

Nhiệt độ nước làm mát	Bội số tuần hoàn f khi nhiệt độ nguồn nhiệt:
	125	130	134	140
24	3,65	3,39	2,21	2,99
26	4,09	3,74	3,51	3,24
28	4,66	4,18	3,69	3,54
30	5,42	4,75	4,36	3,90
32	6,51	5,53	4,97	4,36
34	8,21	6,63	5,80	4,95
36	11,20	8,32	7,00	5,74
38	17,93	11,29	8,88	6,86
40	47,19	17,85	12,26	8,57
42		44,41	20,14	11,53
44			59,83	17,85
45				24,80

 

Hình 4.1 Ảnh hưởng nhiệt độ nước làm mát đến bội số tuần hoàn f

Nhận xét: Qua đồ thị ta thấy khi nhiệt độ nước làm mát càng thấp thì bội số tuần hoàn càng nhỏ, tức hệ số sử dụng nhiệt COP càng cao bởi vì:

 Khi giảm nhiệt độ nước làm mát, nhiệt độ và áp suất ngưng tụ cũng được giảm xuống. Điều đó cho phép sử dụng nguồn nhiệt trong bình phát sinh có nhiệt độ thấp hơn (như: các nguồn nhiệt thải, nước nóng dùng năng lượng mặt trời…). Nếu nhiệt độ nguồn nhiệt cùng như nhau chu trình nào có nhiệt độ nước làm mát thấp hơn thì hiệu số nồng độ (c_s – c_w) tăng, và dẫn đến bội số tuần hoàn f giảm, giảm công tiêu hao cho bơm dung dịch, và tất nhiên hệ số COP của máy lạnh hấp thụ sẽ tăng lên .

Nếu tăng nhiệt độ nước làm mát dẫn đến kết quả ngược lại. Trong trường hợp nhiệt độ nước làm mát cao quá, người ta phải sử dụng một số chu trình khác.

4.5.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ bay hơi đến hệ số sử dụng nhiệt COP

Khảo sát chế độ làm việc của máy lạnh hấp thụ NH₃–H₂O ở điều kiện năng suất lạnh yêu cầu (50 TR), nhiệt độ nước làm mát  42⁰C, cho nhiệt độ bay hơi thay đổi từ -2⁰C đến -10⁰C , với các nhiệt độ nguồn nhiệt khác nhau ta có bảng kết quả và đồ thị sau:

Bảng 4.4 Kết quả thí nghiệm 2

Nhiệt độ bay hơi	Hệ số sử dụng nhiệt C.O.P khi nhiệt độ nguồn nhiệt:
	130	134	140
-1	0,26	0,32	0,36
-2	0,22	0,30	0,35
-3	0,15	0,28	0,33
-4	0,01	0,24	0,32
-5		0,19	0,30
-6		0,10	0,28
-7			0,25
-8			0,22
-9			0,16
-10			0,06

 

Hình 4.2 Ảnh hưởng nhiệt độ bay hơi đến C.O.P

Nhận xét: Qua đồ thị ta thấy khi nhiệt độ bay hơi càng cao thì hệ số sử dụng nhiệt COP càng cao.Nhiệt độ bay hơi được chọn dựa theo đặc điểm của quá trình làm lạnh, đối với chu trình máy lạnh hấp thụ NH₃-H₂O thì thường làm việc ở nhiệt độ thấp (nhỏ hơn 0⁰C). Khi nhiệt độ nguồn lạnh thay đổi cũng ảnh hưởng đến các quá trình làm việc của máy lạnh hấp thụ, nồng độ dung dịch đặc, áp suất sôi trong dàn bay hơi, áp suất trong bình hấp thụ, bội số tuần hoàn đều thay đổi.

Trên các hình 5.3, 5.4, mô tả ảnh hưởng của các nhiệt độ nguồn nhiệt khác nhau đến hệ số COP và bội số tuần hoàn f của chu trình máy lạnh hấp thụ NH₃-H₂O. Đây là thông số có ảnh hưởng đến chu trình và đặc điểm của nguồn nhiệt sử dụng: nguồn nhiệt có mức nhiệt độ cao, trung bình hay thấp.

Khi nguồn nhiệt cung cấp có nhiệt độ khá cao thì khả năng sôi và bốc hơi của dung dịch NH₃-H₂O trong bình phát sinh sẽ diễn ra mãnh liệt, áp suất ngưng tụ sẽ gia tăng và đồng thời dung dịch NH₃-H₂O khi sôi sẽ cuốn nước đi theo ( vì nhiệt độ sôi của NH₃ và H₂O không chênh lệch nhiều ) và tháp tinh luyện sẽ phải làm việc nhiều hơn đôi lúc sẽ không thể tách được nước ra khỏi dung dịch một cách triệt để, điều này sẽ làm giảm khả năng bay hơi ở dàn bay hơi và giảm năng suất lạnh của hệ thống. Ngoài ra khi áp suất ngưng tụ gia tăng sẽ dẫn đến nhiệt độ ngưng tụ tăng lên như vậy lưu lượng nước giải nhiệt cho bình ngưng, bình hấp thụ, thiết bị ngưng hồi lưu sẽ tăng lên và làm giảm hệ số COP của chu trình máy lạnh hấp thụ NH₃-H₂O .

Ngược lại khi nguồn nhiệt cung cấp có nhiệt độ giảm xuống, nhiệt độ của dung dịch loãng cuối quá trình sôi cũng giảm xuống. Do đó hiệu số nồng độ (c_s – c_w) bị giảm , bội số tuần hoàn f tăng lên và COP hệ thống sẽ giảm xuống. Do đó khi nhiệt độ nguồn nhiệt cung cấp thấp quá, đến mức mà hiệu số (c_s – c_w) bé quá bắt buộc phải dùng các sơ đồ khác để mở rộng hiệu số nồng độ.

 

 

Chương 5

KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY

CỦA PHẦN MỀM

 

5.1 So sánh và nhận xét kết quả tính toán bằng phần mềm Matlab và kết quả tính toán bằng đồ thị i-c

5.1.1 So sánh kết quả tính toán

Theo tài liệu [6], xác định thông số trạng thái của các điểm trên chu trình bằng đồ thị i-c

Hình 5.1 Đồ thị i-c của NH₃-H₂O [6]

Điểm 6 : trạng thái lỏng ngưng tụ ra khỏi bình ngưng

Ta có t₆ =50⁰C ;  p₆ = p_c = 20 bar và c₆ = 1,0 .

Entanpi của điểm 6 có thể xác định trên đồ thị i-c : i₆ = 585 kJ/kg .

• Điểm 8 : trạng thái hơi NH₃ sau khi bốc hơi

p_e = 4 bar, c=1 dựa vào đồ thị i-c ta có i₈ = 1605 kJ/kg

• Điểm 7 : trạng thái lỏng NH₃-H₂O sau khi tiết lưu và trước khi bốc hơi

Ta có t₇ = t_e1;  p₇ = p_e = 4,0 bar ; c₇ = 1,0 và i₇ = i₆ = 585 kJ/kg (tiết lưu).

• Điểm 2 : trạng thái dung dịch loãng ra khỏi bình phát sinh

Trạng thái điểm 2 chính là trạng thái dung dịch loãng đi ra khỏi bình phát sinh

                                                p₂ = p_G = 20 bar ; t₂ = t_G = 134⁰C 

Từ áp suất p₂ và nhiệt độ t₂ của dung dịch NH₃-H₂O tra đồ thị i-c xác định được nồng độ dung dịch loãng ra khỏi bình phát sinh là c₂ = 0,3 và entanpi của dung dịch loãng i₂ = 500 kJ/kg.

• Điểm 4 : trạng thái dung dịch đặc ra khỏi bình hấp thụ

Trạng thái điểm 4 chính là trạng thái dung dịch đặc đi ra khỏi bình hấp thụ ở áp suất p₄ = 4 bar   ;   t₄ = 50⁰C   ;   c₄ = 0,38

Tra đồ thị i-c xác định được entanpi của dung dịch đặc i₄ = 108 kJ/kg. Lưu ý rằng trạng thái 4 là lỏng chưa sôi.

• Điểm 3 : trạng thái dung dịch loãng trước khi vào bình hấp thụ

Từ nhiệt độ t₃ = 58⁰C và nồng độ c₃ = c_w của dung dịch NH₃-H₂O tra đồ thị i-c xác định entanpi của dung dịch loãng i₃ = 140 kJ/kg .

• Điểm 2a : trạng thái dung dịch loãng ra  thiết bị trao đổi nhiệt

Ta có  :   c_2a = c_w và i_2a = i₃ = 140 kJ/kg (tiết lưu).

Tra đồ thị i-c ta có thể xác định được nhiệt độ t_2a = 58⁰C. Lưu ý áp suất p_2a = p₂.

• Điểm 1a : trạng thái dung dịch đặc ra thiết bị trao đổi nhiệt

Điểm 1a là trạng thái dung dịch đậm đặc NH₃-H₂O bão hòa ở áp suất p_c = 20 bar đi vào bình phát sinh. Dựng một đường thẳng đi qua điểm 4 cắt đường NH₃-H₂O bão hòa p_c = 20 bar ở điểm 1a, tra đồ thị i-c ta xác định được i_1a = 420 kJ/kg; t_1a = 115⁰C và c_{1   a} = 0,383

• Điểm 5 : trạng thái hơi bay ra thiết bị ngưng tụ hồi lưu

Nhiệt độ của hơi NH₃ đi ra khỏi thiết bị ngưng tụ hồi lưu trước khi vào bình ngưng có ảnh hưởng đến hàm lượng nước có trong dung dịch NH₃-H₂O. Hàm lượng nước có trong dung dịch sẽ làm giảm khả năng bay hơi của tác nhân lạnh NH₃: nếu nhiệt độ t₅ = t_c (nhiệt độ ngưng tụ) thì hàm lượng nước có trong dung dịch NH₃-H₂O bằng 0. Hàm lượng nước cho phép không vượt quá 0,5% tức nồng độ dung dịch NH₃-H₂O tại điểm 5 là c₅ = 99,5% = 0,995, tương ứng với độ chênh nhiệt độ Dt₅ = t₅ – t_c = 15⁰C .

Theo thiết kế ta chọn nồng độ c₅ = 0,998, do đó Dt₅ = t₅ – t_c = 5⁰C

Vậy :                                            t₅ = t_c + Dt₅                                                    

                                                            t₅ = 50 + 5 = 55⁰C

Từ áp suất p₅ = p_G và nồng độ c₅ = 0,998 tra đồ thị i-c của dung dịch NH₃-H₂O xác định entanpi của hơi i₅ = 1640 kJ/kg .

 

 

Bảng 5.1 Thông số trạng thái tại các điểm theo đồ thị i – c

TT	Tên trạng thái	t 0C	c kg/kg	p bar	i kJ/kg
1a	Dung dịch đặc ra khỏi bộ trao đổi nhiệt	115	0,383	20	420
2	Dung dịch loãng ra khỏi bình phát sinh	134	0,3	20	500
2a	Dung dịch loãng đi ra bộ trao đổi nhiệt	58	0,3	20	140
3	Dung dịch loãng trước bình hấp thụ	58	0,3	4	140
4	Dung dịch đặc sau bình hấp thụ	50	0,383	4	108
5	Hơi NH3 ở đỉnh tháp chưng cất	55	1,0	20	1640
6	Lỏng NH3 sau khi ngưng tụ	50	1,0	20	585
7	Lỏng NH3 sau tiết lưu trước bốc hơi	–4	1,0	4	585
8	Hơi NH3 sau khi bốc hơi	–2	1,0	4	1605

 

Hệ số sử dụng nhiệt

 

Bảng 5.2 Thông số trạng thái tại các điểm tính bằng phần mềm

Bảng 5.3 Kết quả tính toán bằng phần mềm

 

 

 

 

 

 

 

 

5.1.2 Nhận xét và đánh giá độ tin cậy của phần mềm

Dựa vào kết quả tính toán các điểm trên chu trình theo như bảng 5.1 và bảng 5.2 ta thấy không có sự sai khác nhiều giữa 2 kết quả và đặc biệt về hệ số sử dụng nhiệt C.O.P gần như bằng nhau giữa 2 phương pháp. Điều này chứng tỏ phần mềm có độ chính xác và độ tin cậy cao, và hoàn toàn có thể thay thế việc tính toán thiết kế MLHT bằng phương pháp đồ thị hay tra bảng mà phương pháp này mất rất nhiều thời gian và công sức.

5.2So sánh và nhận xét kết quả tính toán bằng phần mềm Matlab  và kết quả tính toán bằng phần mềm visual basic

5.2.1 So sánh kết quả tính toán

Để kiểm chứng thêm tính chính xác của phần mềm, tôi xin lấy ví dụ của tác giả Trần Ngọc Hợp trong tài liệu [4]như sau:

Tác giả Trần Ngọc Hợp đã tính toán máy lạnh hấp thụ NH₃ – H₂O một cấp hồi nhiệt có bộ quá lạnh như sơ đồ nguyên lý hình 5.2 bằng phần mềm Visual basic với các thông số ban đầu như sau:

Năng suất lạnh yêu cầu: Q₀ = 100Kw

Nhiệt độ bay hơi: t₀ = -8⁰C

Nhiệt độ nước giải nhiệt: t_w = 32⁰C

Nhiệt độ nguồn nhiệt: t_h = 135⁰C

Hình 5.2  Sơ đồ nguyên lý máy lạnh hấp thụ NH₃-H₂O có bộ quá lạnh [4]

Kết quả tính toán theo như tài liệu [4] về thông số tại các điểm trên chu trình có sự chênh lệch không đáng kể so với kết quả tính bằng phần mềm. Riêng về hệ số sử dụng nhiệt theo như tài liệu [4] là C.O.P = 0,45 còn kết quả tính toán bằng phần mềm cho là C.O.P = 0,4

 

 

Bảng 5.4  Thông số trạng thái tại các điểm tính bằng phần mềm

Bảng 5.5 Kết quả tính toán

 

5.2.2  Nhận xét và đánh giá độ tin cậy của phần mềm

       Hệ số sử dụng nhiệt (hay bội số tuần hoàn) của sơ đồ hình 5.2 tính theo phần mềm Visual Basic có lớn hơn (hay nhỏ hơn) so với kết quả phần mềm Matlab tính theo sơ đồ hình 3.1 là do hình 5.2 trong sơ đồ nguyên lý MLHT một cấp hồi nhiệt có gắn thêm bộ quá lạnh. Chính bộ quá lạnh này làm cho lỏng NH₃ sau khi ngưng tụ và qua bộ quá lạnh có nhiệt độ thấp, điều này cho thấy ta có thể giảm nhiệt độ nước làm mát. Khi nhiệt độ nước làm mát thấp dẫn đến nồng độ dung dịch loãng C_w giảm và nồng độ dung dịch đặc C_s tăng hay hiệu số (C_s - C_w) tăng nên bội số tuần hoàn giảm, giảm công tiêu hao cho bơm và hệ số sử dụng nhiệt COP sẽ tăng.

....................

Chương 6

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

6.1 Kết luận

Luận văn đã xây dựng hoàn chỉnh chương trình tính toán thiết kế máy lạnh hấp thụ NH₃ – H₂O một cấp hồi nhiệt, trên cơ sở đó có thể tính toán chu trình một cách nhanh chóng và chính xác.

Đánh giá được ảnh hưởng của các thông số làm việc ban đầu như nhiệt độ nước giải nhiệt, nhiệt độ nguồn nhiệt…. đến hệ số sử dụng nhiệt C.O.P, bội số tuần hoàn mà nếu dung phương pháp truyền thống sẽ rất khó khăn và mất nhiều thời gian.

Người sử dụng có thể dễ dàng tính toán thiết kế hệ thống lạnh hấp thụ và chọn lựa được phương án tính toán, thiết kế tối ưu trong việc sản xuất lắp đặt.

Làm tài liệu học tập, nghiên cứu cho sinh viên các ngành nhiệt điện lạnh. Qua đó, sinh viên có thể dễ dàng hiểu được chu trình làm việc của hệ thống, biết được sự thay đổi của các yếu tố đầu vào ảnh hưởng như thế nào đến hiệu quả của chu trình.

Với những kết quả nghiên cứu, sau khi so sánh với kết quả tính toán bằng phương pháp truyền thống cho thấy tính chính xác và hiệu quả của phần mềm. Do đó có thể ứng dụng cho việc giảng dạy sinh viên chuyên ngành nhiệt điện lạnh.

6.2 Kiến nghị

Muốn đưa công nghệ máy lạnh hấp thụ ứng dụng rộng rãi vào Việt Nam thì chúng ta phải tiến hành chế tạo mô hình máy lạnh hấp thụ để đo đạc và kiểm chứng các thông số bằng thực nghiệm.

Mở rộng nghiên cứu cho nhiều sơ đồ hệ thống lạnh hấp thụ để đa dạng hóa các sơ đồ trong quá trình tính toán, thiết kế, lắp đặt hoặc làm nguồn tài liệu học tập, nghiên cứu phong phú cho sinh viên.

Trong khuôn khổ luận văn thạc sĩ, do thời gian còn hạn hẹp mà vấn đề triển khai ứng dụng thiết bị mới vào thực tế cần phải có nhiều thời gian và tài chính nên chắc chắn kết quả thu được của luận văn còn khiêm tốn. Tuy nhiên, đây có thể xem là bước đầu triển vọng trong việc triển khai ứng dụng máy lạnh hấp thụ. Nếu tiếp tục được đầu tư cho việc nghiên cứu, tôi tin rằng kết quả nghiên cứu sẽ đem lại được hiệu quả thiết thực.

 

TÀI LIỆU THAM KHẢO

TIẾNG VIỆT

1. Lê Chí Hiệp, Máy Lạnh hấp thụ trong kỹ thuật điều hòa không khí, Nhà xuất bản Đại Học Quốc Gia TP.HCM, 2004, 504 trang.

2. Hoàng Đình Tín, Lê Chí Hiệp, Nhiệt động lực học kỹ thuật, Nhà xuất bản Khoa Học và Kỹ Thuật, 1997, 446 trang.

3. Hoàng Đình Tín, Đỗ Hữu Hoàng, Hoàng Thị Nam Hương, Bài tập nhiệt động học kỹ thuật và truyền nhiệt, Nhà xuất bản Đại Học Quốc Gia TP.HCM, 2008, 589 trang.

4. Trần Ngọc Hợp, Nghiên cứu thiết kế máy lạnh hấp thụ NH₃-H₂O tận dụng nhiệt thải từ động cơ đốt trong và đánh giá khả năng ứng dụng tại Việt Nam, Luận văn thạc sĩ

4. Nguyễn Hoài Sơn, Đỗ Thanh Việt, Bùi Xuân Lâm, Ứng dụng MATLAB trong tính toán kỹ thuật,  NXB Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh, 2000.

TIẾNG NƯỚC NGOÀI

6. P.L Ballaney, Refrigeration and air conditioning, Khanna, 1992, 1051 page