LUẬN VĂN ỨNG DỤNG CAE TRONG THIẾT KẾ HỆ THỐNG TẬN DỤNG NHIỆT THẢI TỪ ĐỘNG CƠ

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. ii
Đề xuất mô hình thực nghiệm, t Đề xuất mô hình thực nghiệm, t Đề xuất mô hình thực nghiệm, t Đề xuất mô hình thực nghiệm, t Đề xuất mô hình thực nghiệm, t Đề xuất mô hình thực nghiệm, t Đề xuất mô hình thực nghiệm, t Đề xuất mô hình thực nghiệm, t Đề xuất mô hình thực nghiệm, t Đề xuất mô hình thực nghiệm, t Đề xuất mô hình thực nghiệm, t Đề xuất mô hình thực nghiệm, t Đề xuất mô hình thực nghiệm, t Đề xuất mô hình thực nghiệm, t iến hành thiết kế và chế tạo hệ thống tận dụng iến hành thiết kế và chế tạo hệ thống tận dụng iến hành thiết kế và chế tạo hệ thống tận dụng iến hành thiết kế và chế tạo hệ thống tận dụng iến hành thiết kế và chế tạo hệ thống tận dụng iến hành thiết kế và chế tạo hệ thống tận dụng iến hành thiết kế và chế tạo hệ thống tận dụng iến hành thiết kế và chế tạo hệ thống tận dụng iến hành thiết kế và chế tạo hệ thống tận dụng iến hành thiết kế và chế tạo hệ thống tận dụng iến hành thiết kế và chế tạo hệ thống tận dụng iến hành thiết kế và chế tạo hệ thống tận dụng iến hành thiết kế và chế tạo hệ thống tận dụng iến hành thiết kế và chế tạo hệ thống tận dụng iến hành thiết kế và chế tạo hệ thống tận dụng iến hành thiết kế và chế tạo hệ thống tận dụng iến hành thiết kế và chế tạo hệ thống tận dụng nhiệt thải , tiến hành thực nghiệm và kiểm chứng các kết quả. nhiệt thải , tiến hành thực nghiệm và kiểm chứng các kết quả. nhiệt thải , tiến hành thực nghiệm và kiểm chứng các kết quả. nhiệt thải , tiến hành thực nghiệm và kiểm chứng các kết quả. nhiệt thải , tiến hành thực nghiệm và kiểm chứng các kết quả. nhiệt thải , tiến hành thực nghiệm và kiểm chứng các kết quả. nhiệt thải , tiến hành thực nghiệm và kiểm chứng các kết quả. nhiệt thải , tiến hành thực nghiệm và kiểm chứng các kết quả. nhiệt thải , tiến hành thực nghiệm và kiểm chứng các kết quả. nhiệt thải , tiến hành thực nghiệm và kiểm chứng các kết quả. ........................... iii
MỤC LỤC ....................................................................................................................v
DANH SÁCH BẢNG .............................................................................................. viii
DANH SÁCH HÌNH ................................................................................................. ix
Chương 1 TỔNG QUAN ............................................................................................1
1.1. Đặt vấn đề ...........................................................................................................1
1.2. Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố ..................................6
1.2.1. Trong nước ......................................................................................................6
1.2.2. Ngoài nước ......................................................................................................7
1.3. Mục đích của đề tài .............................................................................................8
1.4. Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn của đề tài. ........................................................9
1.5. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................................9
Chương 2 NGHIÊN CỨU TỔNG THỀ VỀ CÁC DẠNG ĐIỀU KIỆN BIÊN TRONG MÔI TRƯỜNG PHẦN MỀM ANSYS CFX ...........................................11
2.1. Giới thiệu phần mềm ANSYS ..........................................................................11
2.1.1. Giới thiệu chung ............................................................................................11
2.1.2. Kiểu bài toán có thể phân tích với ANSYS 14. .............................................13
2.2. Lý thuyết về điều kiện biên. .............................................................................15
2.2.1. Định nghĩa điều kiện biên..............................................................................15
2.2.2. Một số điều kiện biên toán học. ....................................................................15
2.3. Các dạng điều kiện biên trong ANSYS CFX. [7] ...........................................16
2.3.1. Kiểu biên INLET. ..........................................................................................17
2.3.2. Kiểu biên OUTLET. ......................................................................................18
2.3.3. Kiểu biên OPENING. ....................................................................................19
vi
2.3.4 . Kiểu biên WALL. ....................................................................................19
2.4. Lý thuyết truyền nhiệt. .....................................................................................22
2.4.1. Khái niệm về trao đổi nhiệt. ..........................................................................22
2.4.2. Các phương thức trao đổi nhiệt. ....................................................................22
2.4.2.1. Dẫn nhiệt. ...................................................................................................23
2.4.2.2. Tỏa nhiệt (hay trao đổi nhiệt đối lưu). .......................................................25
2.4.2.3. Trao đổi nhiệt bức xạ. ................................................................................25
Chương 3 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG TỪ CÁC THÔNG SỐ CHÍNH CỦA HỆ THỐNG ĐẾN NHIỆT ĐỘ ĐẦU RA CỦA KHÍ .............................................28
3.1. Một số loại thiết bị tận dụng nhiệt thải hiện nay ..............................................28
3.1.1. Thiết bị thu hồi nhiệt [9] ................................................................................28
3.1.2. Thiết bị thu hồi nhiệt bức xạ kim loại [12] ....................................................28
3.1.3. Thiết bị thu hồi nhiệt đối lưu. [10],[11]........................................................29
3.1.4. Tuabin nhiệt. [12] .........................................................................................30
3.1.5. Bộ trao đổi nhiệt kiểu vỏ bọc trùm ống [13] .................................................31
3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số chính của hệ thống đến nhiệt độ đầu ra của khí. ................................................................................................................32
3.2.1. Thiết kế mô hình: ...........................................................................................32
3.2.2. Thông số mô phỏng : .....................................................................................33
3.2.2.1. Các thông số công tác chủ yếu của động cơ ...............................................33
3.2.2.2. Thông số về vật liệu ...................................................................................33
3.2.3. Thiết lập mô hình và mô phỏng hệ thống bằng phần mềm Ansys 14. ..........35
3.2.4. So sánh các kết quả mô phỏng: .....................................................................36
Chương 4 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG VÀ SO SÁNH VỚI ...................................43
KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ...................................................................................43
4.1. Tìm hiểu về động cơ và hình dạng kích thước của ống xả khí thải cho thực nghiệm .....................................................................................................................43
4.1.1. Động cơ máy phát điện CAT D333 .............................................................43
4.1.2. Ống xả khí thải : ............................................................................................43
4.2. Mô phỏng quá trình gia nhiệt không khí của hệ thống. ...................................45
vii
4.2.1. Thiết kế, mô phỏng kiểm tra nhiệt độ với trường hợp 1 ...............................46
4.2.1.1. Thiết kế mô hình ống bao ngoài .................................................................46
4.2.1.2. Mô phỏng , kiểm tra nhiệt độ đầu ra ( Trường hơp 1) ...............................47
4.2.2. Thiết kế, mô phỏng kiểm tra nhiệt độ với trường hợp 2 ...............................52
4.2.2.1. Thiết kế mô hình ống bao ngoài .................................................................52
4.2.2.2. Mô phỏng , kiểm tra nhiệt độ đầu ra ( Trường hơp 2) ...............................52
4.3. Đề xuất cho mô hình thực nghiệm ...................................................................56
4.4. So sánh kết quả quá trình thực nghiệm với mô phỏng .....................................58
4.4.1. Quá trình thực nghiệm : .................................................................................58
4.4.2. Kết quả thực nghiệm .....................................................................................59
4.4.3. So sánh với kết quả mô phỏng ......................................................................59
Chương 5 KẾT LUẬN ..............................................................................................61
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................63
PHỤ LỤC ..................................................................................................................64
viii
DANH SÁCH BẢNG
Bảng 1.1. Nguồn nhiệt thải và chất lượng ....................................................................2
Bảng 1.2: Nhiệt độ nhiệt thải trong vùng nhiệt độ cao từ các nguồn khác nhau ........3
Bảng 1.3. Nhiệt độ nhiệt thải điển hình trong vùng nhiệt độ trung bình từ các nguồn khác nhau .....................................................................................................4
Bảng 1.4: Nhiệt độ nhiệt thải điển hình trong vùng nhiệt độ thấp từ các nguồn khác nhau ..............................................................................................................4
Bảng 1.5. Các ứng dụng và thiết bị thu hồi nhiệt thải ..................................................5
Bảng 3.1: Kết quả mô phỏng sau khi thay đổi khoảng cách X với mẫu 1 .................36
Bảng 3.2: Kết quả mô phỏng sau khi thay đổi khoảng cách X với mẫu 2 .................37
Bảng 3.3: Kết quả mô phỏng sau khi thay đổi khoảng cách X với mẫu 3 .................38
Bảng 3.4: Kết quả mô phỏng sau khi thay đổi khoảng cách X với mẫu 4 .................39
Bảng 3.5: Kết quả mô phỏng ở 4 mẫu ........................................................................40
Bảng 3.6: Kết quả mô phỏng khi tạo gân trên ống xả ................................................41
Bảng 3.7: Kết quả mô phỏng khi thay đổi thống số lưu lượng hút ............................41
Bảng 4.1: Kết quả mô phỏng của 3 mẫu (trường hợp 1) ............................................50
Bảng 4.2: Kết quả mô phỏng nhiệt độ đầu ra (outlet) ở trường hợp 1 .......................51
Bảng 4.3: Kết quả mô phỏng của 3 mẫu (trường hợp 2) ............................................55
ix
DANH SÁCH HÌNH
Hình 2.1 : Giao diện ANSYS 14 ................................................................................13
Hình 2.2: Trình tự để giải một bài toán ANSYS 14 ...................................................14
Hình 2.3 :Điều kiện biên trong mô hình đa pha. ........................................................16
Hình 2.4 : Các điều kiện biên cơ bản định nghĩa một dòng chảy ..............................17
Hình 2.5: Kiểu biên Symmetry ..................................................................................21
Hình 2.6 : Mô hình không thiết lập điều kiện biên đối xứng ....................................21
Hình 2.7: Ba phương thức trao đổi nhiệt (a): dẫn nhiệt; (b): đối lưu; (c): bức xạ ...22
Hình 2.8: Cân bằng nhiệt cho dV trong V .................................................................24
Hình 2.9 : Tia nhiệt trong thang đo
sóng điện từ. ..................................................26
Hình 3.1 : Thiết bị thu hồi nhiệt (SEAV, 2004) ........................................................28
Hình 3.2: Thiết bị thu hồi nhiệt bức xạ kim loại (Hardtech Group)...........................29
Hình 3.4: Thiết bị thu hồi nhiệt kiểu kết hợp .............................................................30
Hình 3.3: Thiết bị thu hồi nhiệt đối lưu (Reay, D.A., 1979) .....................................30
Hình 3.5: Tuabin nhiệt (SADC, 1999) ......................................................................31
Hình 3.6: Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống bọc ...........................................................32
Hình 3.7a: Mô hình thực tế Hinh 3.7b: Mô hình thí nghiệm .....................33
Hình 3.8 : Kích thước sơ bộ của ống xả khí thải ........................................................34
Hình 3.9: Các mẫu thiết kế ống bao ...........................................................................35
Hình 3.10: Miêu tả các thống số đầu vào cho bài toán .............................................35
Hình 3.11: Biểu đồ nhiệt độ đầu ra khi thay đổi khoảng cách X với mẫu 1 ..............36
Hình 3.12 :Biểu đồ nhiệt độ đầu ra khi thay đổi khoảng cách X với mẫu 2 ..............37
Hình 3.13: Biểu đồ nhiệt độ đầu ra khi thay đổi khoảng cách X với mẫu 3 ..............38
Hình 3.14: Biểu đồ nhiệt độ đầu ra khi thay đổi khoảng cách X với mẫu 4 ..............39
Hình 3.15: Biểu đồ so sánh nhiệt độ đầu ra ở 4 mẫu. ................................................40
Hình 3.16: Tạo gân trên ống xả ..................................................................................40
Hình 3.17: Biểu đồ so sánh nhiệt độ đầu ra khi tạo gân trên ống xả ở mẫu 2 ...........41
Hình 3.18: Biểu đồ nhiệt độ đầu ra khi thay đổi thống số lưu lượng hút ...................42
x
Hình 3.19 : Biểu đồ so sánh nhiệt độ ở mẫu 2T, 2S...................................................42
Hình 4.1 : Động cơ máy phát điện CAT D333 ...........................................................43